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第四章 三角函数与解三角形
§4.3 两角和与差的正弦、余弦和正切公式
【考情分析·探规律】
考点
三年考情(2021-2024)
命题趋势
两角和与差的正
弦、余弦、正切公
式的应用
2024·全国甲卷
2024·全国新Ⅱ卷
2024·全国新Ⅰ卷
2023·全国新Ⅰ卷
2022·全国新Ⅱ卷
该内容是新高考卷的必考内容,
一般会考查两角和与差的正弦、余
弦、正切公式及倍角公式变形应用和
半角公式变形应用,同时也需掌握升
幂公式和降幂公式,掌握拼凑角思
想,需加强复习备考。
【知识梳理】
1.两角和与差的余弦、正弦、正切公式
(1)公式C(α-β):
cos(α-β)=cos
α cos
β +
sin
α sin
β ;
(2)公式C(α+β):
cos(α+β)=cos
α cos
β -
sin
α sin
β ;
(3)公式S(α-β):
sin(α-β)=sin
α cos
β -
cos
α sin
β ;
(4)公式S(α+β):
sin(α+β)=sin
α cos
β +
cos
α sin
β ;
(5)公式T(α-β):tan(α-β)=;
(6)公式T(α+β):tan(α+β)=.
2.辅助角公式
asin α+bcos α=sin(
α +
φ),其中sin φ=,cos φ=.
3.二倍角的正弦、余弦、正切公式
(1)公式S2α:sin 2α=2sin__α cos
__α.
(2)公式C2α:cos 2α=cos
2 α -
sin
2 α =2cos
2 α -
1 =1 -
2sin
2 α .
(3)公式T2α:tan 2α=.
【名师点拨】
1.两角和与差的公式的常用变形:
(1)sin αsin β+cos(α+β)=cos αcos β;
(2)cos αsin β+sin(α-β)=sin αcos β;
(3)tan α±tan β=tan(α±β)(1∓tan αtan β),
tan αtan β=1-=-1.
2.降幂公式:cos2α=,sin2α=,
tan2α=.
3.升幂公式:1+cos 2α=2cos2α,
1-cos 2α=2sin2α,
1±sin 2α=(sin α±cos α)2.
【随堂训练】
1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”)
(1)两角和与差的正弦、余弦公式中的角α,β 是任意的.( )
(2)存在实数α,β,使等式sin(α+β)=sin α+sin β 成立.( )
(3)公式tan(α+β)=可以变形为tan α+tan β=tan(α+β)(1-tan αtan β),且对任意
角α,β 都成立.( )
(4)存在实数α,使tan 2α=2tan α.( )
(5)半角的正弦、余弦公式实质就是将倍角的余弦公式逆求而得来的.( )
【答案】(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)√
【解析】(3)变形可以,但不是对任意的α,β 都成立,α,β,α+β≠+kπ(k∈Z).
2.sin π
12 -❑√3cos π
12的值为( )
A.0
B.-❑√2
C.2
D.❑√2
【答案】B
【解析】sin π
12 -❑√3cos π
12=2(
1
2 sin π
12 −
❑√3
2 cos π
12)
=2sin(
π
12 −π
3)=2sin(−π
4)=-❑√2.
3.若2cos α-sin α=0,则tan(α −π
4)等于( )
A.-1
3
B.1
3
C.-3
D.3
【答案】B
【解析】因为2cos α-sin α=0,
则sin α=2cos α,故tan α=2,
因此,tan(α −π
4)=
tan α −tan π
4
1+tan α tan π
4
=2−1
1+2 =1
3.
4.若tan α=1
3 ,tan(α+β)=1
2 ,则tan β= .
【答案】1
7
【解析】tan β=tan[(α+β)-α]=tan(α +β)−tan α
1+tan(α +β)tan α =
1
2 −1
3
1+1
2 × 1
3
=1
7 .
【名师点拨】
1.熟记两角和与差的公式的常用变形
(1)sin αsin β+cos(α+β)=cos αcos β.
(2)cos αsin β+sin(α-β)=sin αcos β.
(3)tan α±tan β=tan(α±β)(1∓tan αtan β).
(4)tan αtan β=1-tan α +tan β
tan(α +β) =tan α −tan β
tan(α −β) -1.
2.谨防两个易误点
(1)运用公式时要注意公式成立的条件;
(2)在求角的三角函数值时,往往要估计角的范围后再求值.特别是在(0,π)内,正弦值
对应的角不唯一.
【必练核心题型】
题型一 两角和与差的三角函数公式
【典例】1.若
cos(
π
4 +α)
cos(
π
4 −α)
=3,则tan(α +π
4)等于( )
A.-3
B.-1
3
C.1
3
D.3
【答案】C
【解析】由题意,得
❑√2
2 (cosα −sin α )
❑√2
2 (cosα +sin α )
=1−tan α
1+tan α =3,所以tan α=-1
2 ,
则tan(α +π
4)=tan α +1
1−tan α =
−1
2 +1
1−(−1
2)
=1
3.
【典例】2.若cos(140°-α)+sin(110°+α)=sin(130°-α),则tan α 等于( )
A.
❑√3
3
B.-
❑√3
3
C.❑√3
D.-❑√3
【答案】D
【解析】因为cos(140°-α)+sin(110°+α)=sin(130°-α),
所以-sin(50°-α)+cos(20°+α)=sin(50°+α),
即-sin 50°cos α+cos 50°sin α+cos(20°+α)=sin 50°cos α+cos 50°sin α,
所以cos 20°cos α-sin 20°sin α=2sin 50°cos α,
即(cos 20°-2sin 50°)cos α=sin 20°sin α,
所以tan α=cos20°−2sin50°
sin 20°
=cos20°−2sin(30°+20°)
sin 20°
=cos20°−2× 1
2 cos20°−2×
❑√3
2 sin 20°
sin 20°
=-❑√3.
【解题技巧】
(1)使用两角和与差的三角函数公式,首先要记住公式的结构特征.
(2)使用公式求值,应先求出相关角的函数值,再代入公式求值.
【变式训练】
变式1.已知sin(α-β)=1
3 ,cos αsin β=1
6 ,则sin(α+β)等于( )
A.2
3
B.2❑√2
3
C.-2
3
D.-2❑√2
3
【答案】A
【解析】因为sin(α-β)=sin αcos β-cos αsin β=1
3 ,
而cos αsin β=1
6 ,
因此sin αcos β=1
2 ,
则sin(α+β)=sin αcos β+cos αsin β=2
3.
变式2.(2024·新课标全国Ⅰ)已知cos(α+β)=m,tan αtan β=2,则cos(α-β)等于(
)
A.-3m
B.-m
3
C.m
3
D.3m
【答案】A
【解析】由cos(α+β)=m 得cos αcos β-sin αsin β=m.
①
由tan αtan β=2 得sin α sin β
cosα cos β =2,
②
由①②得{
cosα cos β =−m,
sin α sin β =−2m,
所以cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=-3m.
题型二 两角和与差的三角函数公式的逆用与辅助角公式
【典例】1.已知函数f(x)=3sin x+4cos x.若x=θ 时,f(x)取得最大值,则cos(θ+π
4)
等于( )
A.7 ❑√2
10
B.-7 ❑√2
10
C.
❑√2
10
D.-
❑√2
10
【答案】C
【解析】f(x)=3sin x+4cos x=5sin(x+φ),其中tan φ=4
3 ,sin φ=4
5 ,cos φ=3
5 ,
∵当x=θ 时,f(x)取得最大值,∴θ+φ=π
2 +2kπ,k∈Z,即θ=π
2 +2kπ-φ,k∈Z,
∴cos(θ+π
4)=cos(
π
2 +2k π −φ+π
4)
=cos(
3 π
4 −φ)=cos 3 π
4 cos φ+sin 3 π
4 sin φ
=-
❑√2
2 ×3
5 +
❑√2
2 ×4
5 =
❑√2
10 .
【典例】2.tan 10°+tan 20°+tan 30°+tan 10°·tan 20°tan 30°= .
【答案】2❑√3
3
【解析】因为tan 30°=tan(10°+20°)=tan10°+tan 20°
1−tan10° tan 20° ,
故tan 10°+tan 20°=tan 30°-tan 30°tan 10°tan 20°,
所以tan 10°+tan 20°+tan 30°+tan 10°tan 20°tan 30°
=tan 30°-tan 30°tan 10°tan 20°+tan 30°+tan 10°tan 20°tan 30°
=2tan 30°=2❑√3
3
.
【解题技巧】
(1)逆用公式应准确找出所给式子与公式的异同,创造条件逆用公式.
(2)tan αtan β,tan α+tan β(或tan α-tan β),tan(α+β)(或tan(α-β))三者中可以知二求一,
注意公式的正用、逆用和变形使用.
(3)对asin x+bcos x 化简时,要清楚如何求辅助角φ 的值.
【变式训练】
变式1.若sin α+❑√3cos α=1,且α∈(0,π),则α= .
【答案】π
2
【解析】因为sin α+❑√3cos α=2sin(α +π
3)=1,
所以sin(α +π
3)=1
2 ,
又α∈(0,π),所以α+π
3 ∈(
π
3 ,4 π
3 ),
所以α+π
3 =5 π
6 ,所以α=π
2 .
变式2.若α+β=-3 π
4 ,则(1+tan α)(1+tan β)= .
【答案】2
【解析】tan(−3 π
4 )=tan(α+β)=tan α +tan β
1−tan α tan β =1,所以1-tan αtan β=tan α+tan
β,
则1+tan α+tan β+tan αtan β=2,
即(1+tan α)(1+tan β)=2.
题型三 角的变换问题
【典例】1.已知sin(α +π
4)=4
5 ,α∈(
π
4 ,π
2),则cos α 等于( )
A.
❑√2
10
B.3 ❑√2
10
C.
❑√2
2
D.7 ❑√2
10
【答案】A
【解析】由α∈(
π
4 ,π
2),得α+π
4 ∈(
π
2 ,3 π
4 ),
则cos(α +π
4)=-❑√
1−sin
2(α +π
4)=-3
5 ,
cos α=cos[(α +π
4)−π
4]=cos(α +π
4)cos π
4 +sin(α +π
4)sin π
4 =-3
5×
❑√2
2 +4
5 ×
❑√2
2 =
❑√2
10 .
【典例】2.已知α∈(
π
2 ,π),β∈(0,π
2),若sin(α+β)=1
3 ,cos β=
❑√3
3 ,则sin
α 等于( )
A.1
3
B.
❑√3
3
C.5 ❑√3
9
D.
❑√3
9
【答案】C
【解析】因为α∈(
π
2 ,π),β∈(0,π
2),sin(α+β)=1
3>0,cos β=
❑√3
3 ,所以α+
β∈(
π
2 ,π),
则sin β=
❑√1−co s
2 β =
❑√6
3 ,
cos(α+β)=-❑√1−sin
2(α +β)=-2❑√2
3
,
所以sin α=sin[(α+β)-β]
=sin(α+β)cos β-cos(α+β)sin β
=1
3×
❑√3
3 -(−2❑√2
3 )×
❑√6
3 =5 ❑√3
9
.
【解题技巧】
(1)当“已知角”有两个时,“所求角”一般表示为两个“已知角”的和或差的形式.
(2)当“已知角”有一个时,“所求角”一般表示为“已知角”与特殊角的和或差的形
式,或者应用诱导公式把“所求角”变成“已知角”.
(3)常见的角的变换:2α=(α+β)+(α-β),α=α +β
2
+α −β
2
,π
3 +α=
π
2 -(
π
6 −α),α=(α+β)-β=(α-β)+β,(
π
4 +α)+(
π
4 −α)=π
2 等.
【变式训练】
变式1.已知α,β∈(
π
3 ,5 π
6 ),若sin(α +π
6)=4
5 ,cos(β −5 π
6 )=5
13 ,则sin(α
-β)的值为( )
A.16
65
B.33
65
C.56
65
D.63
65
【答案】A
【解析】由题意可得α+π
6 ∈(
π
2 ,π),β-5 π
6 ∈(−π
2 ,0),
所以cos(α +π
6)=-3
5 ,sin(β −5 π
6 )=-12
13 ,
所以sin(α-β)=-sin[(α +π
6)−(β −5 π
6 )]=-4
5 × 5
13 +(−3
5)×(−12
13)=16
65.
变式2.已知θ∈(
π
4 ,π
2),且sin(θ+π
4)=4
5 ,则tan θ 等于( )
A.7
B.4
3
C.1
7
D.12
5
【答案】A
【解析】因为θ∈(
π
4 ,π
2),所以θ+π
4 ∈(
π
2 ,3 π
4 ),
又sin(θ+π
4)=4
5 ,
所以cos(θ+π
4)=-3
5 ,则tan(θ+π
4)=-4
3 ,
所以tan θ=tan(θ+π
4 −π
4)
=
tan(θ+π
4)−tan π
4
1+tan(θ+π
4)tan π
4
=
−4
3 −1
1−4
3
=7.
【限时训练】(限时:60 分钟)
一、单项选择题(每小题5 分,共30 分)
1.cos 50°cos 160°-cos 40°sin 160°等于( )
A.
❑√3
2
B.1
2
C.-1
2
D.-
❑√3
2
【答案】D
【解析】原式=cos 50°cos 160°-sin 50°sin 160°=cos(50°+160°)=cos 210°=-cos 30°
=-
❑√3
2 .
2.已知α 为锐角,且sin(α +π
3)=sin(α −π
6),则tan α 等于( )
A.❑√3
B.2+❑√3
C.❑√6
D.❑√6+❑√3
【答案】B
【解析】因为sin(α +π
3)=sin(α −π
6),所以1
2sin α+
❑√3
2 cos α=
❑√3
2 sin α-1
2cos α,
所以(❑√3+1)cos α=(❑√3-1)sin α,所以tan α=
❑√3+1
❑√3−1 =2+❑√3.
3.若sin 18°=m,则sin 63°等于( )
A.
❑√2
2 (
❑√1−m
2-m)
B.1
2m+
❑√3
2
❑√1−m
2
C.
❑√2
2 (m+❑√1−m
2)
D.
❑√3
2 m+1
2
❑√1−m
2
【答案】C
【解析】因为sin 18°=m,所以cos 18°=❑√1−m
2,
所以sin 63°=sin(18°+45°)=
❑√2
2 (sin 18°+cos 18°)=
❑√2
2 (m+❑√1−m
2).
4.已知sin α+sin β=1
2 ,cos α+cos β=1
3 ,则cos(α-β)的值等于( )
A.-7
12
B.-17
18
C.-59
72
D.59
72
【答案】C
【解析】sin α+sin β=1
2⇒sin2α+sin2β+2sin αsin β=1
4 ,
①
cos α+cos β=1
3⇒cos2α+cos2β+2cos αcos β=1
9 ,
②
①+②得,2+2(sin αsin β+cos αcos β)=13
36⇒cos(α-β)=1
2×(
13
36 −2)=-59
72.
5.已知tan(α+β),tan(α-β)是方程x2+5x+6=0 的两个根,则tan 2α 等于( )
A.-1
B.1
C.-2
D.2
【答案】B
【解析】由题意可得tan(α+β)+tan(α-β)=-5,
且tan(α+β)tan(α-β)=6,
则tan 2α=tan[(α+β)+(α-β)]
=tan(α +β)+tan(α −β)
1−tan(α +β)tan(α −β) =−5
1−6=1.
6.定义运算|
ab
c d|=ad-bc,若cos α=1
7 ,|
sin α sin β
cosα cos β|=3 ❑√3
14 ,0<β<α<π
2 ,则β 等于(
)
A. π
12
B.π
6
C.π
4
D.π
3
【答案】D
【解析】由题意得,
sin αcos β-cos αsin β=sin(α-β)=3 ❑√3
14 .
∵0<β<α<π
2 ,∴0<α-β<π
2 ,
∴cos(α-β)=13
14 .
又∵cos α=1
7 ,∴sin α=4 ❑√3
7
,
sin β=sin[α-(α-β)]
=sin αcos(α-β)-cos αsin(α-β)
=4 ❑√3
7
×13
14 -1
7 ×3 ❑√3
14 =
❑√3
2 ,
∴β=π
3 .
二、多项选择题(每小题6 分,共12 分)
7.下列等式成立的有( )
A.tan 15°=
❑√3
6
B.sin 75°cos 15°+cos 75°sin 15°=1
C.cos 105°cos 75°-sin 105°cos 15°=-1
D.❑√3sin 15°+cos 15°=1
【答案】BC
【解析】对于A,tan 15°=tan(45°-30°)=tan 45°−tan30°
1+tan 45° tan30° =2-❑√3,故A 错误;
对于B,sin 75°cos 15°+cos 75°sin 15°=sin(75°+15°)=sin 90°=1,故B 正确;
对于C,cos 105°cos 75°-sin 105°cos 15°=cos(105°+75°)=cos 180°=-1,故C 正确;
对于D,❑√3sin 15°+cos 15°=2sin(15°+30°)=2sin 45°=❑√2,故D 错误.
8.下列结论正确的是( )
A.sin(α-β)sin(β-γ)-cos(α-β)cos(γ-β)=-cos(α-γ)
B.❑√15sin x+❑√5cos x=❑√5sin(x+π
6)
C.f(x)=sin x
2+cos x
2的最大值为2
D.tan 12°+tan 33°+tan 12°tan 33°=1
【答案】AD
【解析】对于A,左边=-[cos(α-β)cos(β-γ)-sin(α-β)sin(β-γ)]=-cos[(α-β)+(β
-γ)]=-cos(α-γ),故A 正确;
对于B,❑√15sin x+❑√5cos x=2
❑√5(
❑√3
2 sin x+1
2 cos x)
=2❑√5sin(x+π
6),故B 错误;
对于C,f(x)=sin x
2+cos x
2 =❑√2sin(
x
2 +π
4),所以f(x)的最大值为❑√2,故C 错误;
对于D,tan 12°+tan 33°+tan 12°tan 33°=tan(12°+33°)(1-tan 12°tan 33°)+tan 12°tan
33°=1,故D 正确.
三、填空题(每小题5 分,共10 分)
9.已知sin(
π
2 +α)=1
2 ,α∈(−π
2 ,0),则cos(α −π
3)
的值为 .
【答案】-1
2
【解析】由已知得cos α=1
2 ,sin α=-
❑√3
2 ,
所以cos(α −π
3)=1
2cos α+
❑√3
2 sin α=-1
2.
10.在△ABC 中,已知tan A+tan B+❑√3tan Atan B=❑√3,则C= .
【答案】120°
【解析】由题意可知tan A+tan B=❑√3(1-tan Atan B),
所以tan(A+B)=tan A +tan B
1−tan A tan B
=
❑√3(1−tan A tan B)
1−tan A tan B
=❑√3,
因为0°<A+B<180°,所以A+B=60°,
故C=180°-(A+B)=120°.
四、解答题(共28 分)
11.(13 分)已知sin(α-β)=1
2 ,sin(α+β)=1
3.
(1)证明:tan α+5tan β=0;(6 分)
(2)计算tan(α −β)−tan α +tan β
tan
2α tan(α −β)
的值.(7 分)
(1)证明 方法一 由条件sin(α-β)=1
2 ,
sin(α+β)=1
3 ,
得2sin(α-β)=3sin(α+β),
即2sin αcos β-2cos αsin β=3sin αcos β+3cos αsin β,
整理得sin αcos β=-5cos αsin β,
也即tan α=-5tan β,tan α+5tan β=0 得证.
方法二 由条件sin(α-β)=1
2 ,sin(α+β)=1
3 ,
即sin αcos β-cos αsin β=1
2 ,
sin αcos β+cos αsin β=1
3 ,
得sin αcos β=5
12 ,cos αsin β=-1
12 ,
从而可得tan α=-5tan β,tan α+5tan β=0 得证.
(2)【解析】由于tan(α-β)=tan α −tan β
1+tan α tan β ⇒tan α-tan β=tan(α-β)(1+tan αtan β),
所以tan(α −β)−tan α +tan β
tan
2α tan(α −β)
=
tan(α −β)−tan(α −β)(1+tan α tan β)
tan
2α tan(α −β)
=
−tan(α −β)tan α tan β
tan
2α tan(α −β)
=-tan β
tan α =1
5.
12.(15 分)如图,在平面直角坐标系中,顶点在坐标原点,以x 轴非负半轴为始边的锐
角α 与钝角β 的终边与单位圆O 分别交于A,B 两点,x 轴的非负半轴与单位圆O 交于
点M,已知S△OAM=
❑√5
5 ,点B 的横坐标是-7 ❑√2
10 .
(1)求cos(α-β)的值;(7 分)
(2)求2α-β 的值.(8 分)
【解析】(1)由题意知,|OA|=|OM|=1,
点A(cos α,sin α),则有
S△OAM=1
2|OA|·|OM|·sin α=
❑√5
5 ,
解得sin α=2❑√5
5
,
又α 为锐角,则cos α=
❑√1−sin
2α =
❑√5
5 ,
因为钝角β 的终边与单位圆O 的交点B 的横坐标是-7 ❑√2
10 ,
则cos β=-7 ❑√2
10 ,sin β=
❑√1−co s
2 β =
❑√2
10 ,
所以cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β
=
❑√5
5 ×(−7 ❑√2
10 )+2❑√5
5
×
❑√2
10 =-
❑√10
10 .
(2)由(1)知sin α=2❑√5
5
,cos α=
❑√5
5 ,sin β=
❑√2
10 ,cos β=-7 ❑√2
10 ,
则sin(α-β)=sin αcos β-cos αsin β
=2❑√5
5
×(−7 ❑√2
10 )-
❑√5
5 ×
❑√2
10 =-3 ❑√10
10
,
从而sin(2α-β)=sin[α+(α-β)]
=sin αcos(α-β)+cos αsin(α-β)
=2❑√5
5
×(−
❑√10
10 )+
❑√5
5 ×(−3 ❑√10
10 )=-
❑√2
2 ,
因为α 为锐角,sin α=2❑√5
5
>
❑√2
2 ,
则有α∈(
π
4 ,π
2),即2α∈(
π
2 ,π),
又β∈(
π
2 ,π),因此2α-β∈(−π
2 ,π
2),
所以2α-β=-π
4 .
【尖子拔高训练】每小题5 分,共10 分
13.(2024·吕梁模拟)tan 80°−❑√3
sin 80°
的值为( )
A.❑√3
B.
❑√3
2
C.2
D.4
【答案】D
【解析】
tan 80°−❑√3
sin 80°
=sin 80°−❑√3cos80°
sin 80° cos80°
=
2(sin 80°× 1
2 −cos80°×
❑√3
2 )
1
2 ×2sin 80° cos80°
=4 sin(80°−60°)
sin160°
=
4 sin 20
sin(180°−
=4.
14.已知sin(α +π
2)=sin β,sin α+cos α=1+❑√3
2
,sin β+cos β=1+❑√3
2
,则cos(α
-β)= .
【答案】
❑√3
2
【解析】因为sin(α +π
2)=sin β,
所以cos α=sin β,
所以sin α+sin β=cos α+cos β=1+❑√3
2
,
所以
{
(sin α +sin β)
2=sin
2α +2sin α sin β +sin
2 β =2+❑√3
2
,
(cosα +cos β)
2=co s
2α +2cosα cos β +co s
2 β =2+❑√3
2
,
两式求和得2+2(cos αcos β+sin αsin β)=2+2cos(α-β)=2+❑√3,
所以cos(α-β)=
❑√3
2 .