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「三角函数」全攻略上:从任意角到恒等变换,一篇构建知识树!

更新时间:作者:小小条

提到三角函数,你是不是只想到30°、60°、90°?一看到sin、cos就头疼?公式多到爆炸根本背不下来?


「三角函数」全攻略上:从任意角到恒等变换,一篇构建知识树!

稳住!这个章节虽然是高中数学的“庞然大物”,但逻辑性极强。今天,我带你用 “角->函数->公式” 三大步,像爬楼梯一样,从零基础直接攻到顶峰!帮你把散落的知识点串成一条线!


全文思维导图,建立清晰框架:


第一层:角的扩张 —— 从锐角到任意角

第二层:函数的核心 —— 三角函数的定义与图像

第三层:公式的宇宙 —— 三角恒等变换




第一层:角的扩张 —— 从锐角到任意角


一、任意角的概念和分类


· 突破局限: 角不再是锐角、直角、钝角,而是可以无限大(正角)或无限小(负角)。

· 象限角: 将角放在直角坐标系中,根据终边位置分为第一、二、三、四象限角。

· 轴线角: 终边落在坐标轴上的角。

· 终边相同的角: 所有与角α终边相同的角,构成的集合是 {β | β = α + k·360°, k∈Z}。这是化简和运算的基础!


二、弧度制的定义和换算


· 为什么要用弧度? 为了将角和实数直接对应,便于微积分等高级运算。

· 定义: 把长度等于半径的弧所对的圆心角称为1弧度的角。

· 换算关系: π 弧度 = 180°

· 口诀: “π 替一百八”

· 换算公式:

· 角度化弧度:弧度 = 角度 × (π / 180)

· 弧度化角度:角度 = 弧度 × (180 / π)




第二层:函数的核心 —— 三角函数的定义与图像


一、三角函数的定义和基本关系


· 定义扩张(核心): 在直角坐标系中,对于任意角α,在其终边上任取一点P(x, y),OP=r=√(x²+y²)>0,则:

· sinα = y / r (正弦)

· cosα = x / r (余弦)

· tanα = y / x (正切)

· 基本关系:

1. 倒数关系: sinα · cscα = 1; cosα · secα = 1; tanα · cotα = 1

2. 商数关系: tanα = sinα / cosα

3. 平方关系(最重要!): sin²α + cos²α = 1


二、正弦、余弦、正切函数的图像和性质(“看图识性”)


1. 正弦函数 y = sinx:

· 图像: “波浪形”,周期为 2π,过原点。

· 性质: 奇函数,值域为 [-1, 1]。

2. 余弦函数 y = cosx:

· 图像: “波浪形”,周期为 2π,过点 (0,1)。

· 性质: 偶函数,值域为 [-1, 1]。

3. 正切函数 y = tanx:

· 图像: 被无数条直线 x = π/2 + kπ 隔开的“断裂”曲线。

· 性质: 奇函数,周期为 π,值域为 R,定义域为 {x | x ≠ π/2 + kπ, k∈Z}。




第三层:公式的宇宙 —— 三角恒等变换


这是公式最多的一部分,但不要死记硬背!理解它们之间的推导关系。


一、两角和与差公式(公式体系的基石)


· sin(α±β) = sinα cosβ ± cosα sinβ // 正弦:正余余正,符号同前

· cos(α±β) = cosα cosβ ± sinα sinβ // 余弦:余余正正,符号相反

· tan(α±β) = (tanα ± tanβ) / (1 ± tanα tanβ)


二、二倍角公式(两角和公式的特例)


· 令 β = α,代入两角和公式即可得到:

· sin2α = 2 sinα cosα

· cos2α = cos²α - sin²α = 2cos²α - 1 = 1 - 2sin²α // 这个公式有三种形式,常用于化简

· tan2α = 2tanα / (1 - tan²α)


三、和差化积、积化和差公式(计算利器)


· 和差化积: 将 sinα ± sinβ,cosα ± cosβ 化为乘积形式。

· 例如:sinα + sinβ = 2 sin[(α+β)/2] cos[(α-β)/2]

· 积化和差: 将 sinα cosβ,cosα sinβ,cosα cosβ,sinα sinβ 化为和差形式。

· 例如:sinα cosβ = 1/2 [sin(α+β) + sin(α-β)]


【 学*建议】

对于“和差化积”与“积化和差”,不要强求记忆所有8个公式。优先掌握其推导方法(由两角和差公式相加减得到),或者在题目中直接使用“两角和差公式”进行推导,这在高考试题中是允许的。




【互动挑战区 & 总结】


核心思想: 三角函数是一个体系。先理解任意角和弧度制这个新语言,再掌握函数的定义和图像这个核心,最后用公式作为工具去解决问题。


1. 【概念自查】 将 120° 化为弧度;说出角 2024° 是第几象限角。

2. 【公式应用】 已知 sinα = 3/5,且 α 是第二象限角,求 cosα 和 tanα 的值。

3. 【图像性质】 函数 y = 3sin(2x + π/3) 的周期是多少?最大值是多少?

4. 【关注解锁】 点个关注,下明天带你更新三角函数下![三角函数y=Asin(wx+Ψ)]。


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