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三角函数线解题之妙用

朱克红
  
速读·中旬
2018年6期

摘 要:我们在解决三角函数的一些有关题目(如解不等式(组)、三角函数值的大小比较、求定义域以及不等式的证明等等)时,经常要用到数形结合的思想方法,即利用三角函数线(正弦线、余弦线、正切线)与单位圆的完美结合,构造巧妙的数学模型,成为解决某些三角函数问题的有力工具。三角函数线与单位圆的充分结合,不仅能够从图形中刻画三角函数的性质,而且还能直观的展示出三角函数的值以及符号的正负,发现三角函数值的变化特点,所以二者的有效结合已经成为研究三角函数的一个重要工具,巧妙用之,能使某些复杂且难度较大的三角函数问题得以简化,轻松解决,达到事半功倍的效果。下面我就用几个典型的例子来说明三角函数线的巧妙之用,供读者参考。

关键词:三角函数;不等式;数学

一、用三角函数线解不等式

例1:解不等式[sinx≥32]。

解:如图,在(0,2π)内,利用正弦线作出正弦值为[32]的角的终边,可以发现,在(0,2π)内,正弦值为[32]的角为[π3]和[2π3],所以不等式[sinx≥32]的解集为:[[π3]+2[kπ],[2π3]+2[kπ]]([k]∈[Z])。

【点评】

在解决三角函数不等式时,可以先求出[0,2π)内的取值范围,在根据周期性写出R上所求的范围,同时还要注意端点值是否可以取得。

二、用三角函数线比较三角函数值的大小

例2:比较[sinx,cosx,tanx]的大小,其中[x]∈([π4],[π4])。

解:如图,在[x]∈([π4],[π2])时,角[x]的终边落在第一象限,所以[sinx,cosx,tanx]三者的符号均为正,在单位圆中分别作出角[x]的正弦线MP,余弦线OM,正切线AT,由图可知,OM

【点评】

利用三角函数线与单位圆的完美结合,使得抽象复杂的问题变得直观,简单明了。

三、用三角函数线求函数的定义域

例3:求函数[f(x)=2sinx-1+lg (1-2cosx)]的定义域。

分析易知,[f][(x)]的定义域由两个限制条件共同决定,可转化为不等式组的问题来求

即求不等式组[2sinx-1≥01-2cosx>0]的解集。如图,在(0,2π)内,[2sinx-1≥01-2cosx>0]的解集为图中阴影部分所示,即[x∈(π3,5π6]],再由周期性便可以得出[f][(x)]的定义域。

解:由[2sinx-1≥01-2cosx>0]得:

[sinx≥12cosx<12π6+2kπ≤x≤5π6+2kππ3+2kπ

即[f(x)]的定义域为[[2kπ+π3,2kπ+5π6]]([k]∈[Z])。

【点评】

在求解三角函数不等式组的交集时,直接求解可能会陷入僵局,所以借助三角函数线的作用会化难为易,达到事半功倍的效果。

四、用三角函数线证明三角函数不等式

三角函数线不仅在解不等式(组)、比较大小、求定义域上体现出极大的优越性,而且在证明中也表现出它强大的功能和作用。

例4:求证:[sinα<α

证明:如图,⊙O为单位圆,[α]的终边交⊙O于P,过P作PM⊥[x]轴于M,过[x]轴与单位圆的交点A作单位圆的切线AT,交[α]的终边于T,连接AP,有三角函数线的定义知,MP=[sinα],AT=[tanα],由图可知,因为α[ϵ](0,[π2]),所以[S∆OAP

而[S∆OAT=12OA·AT=12tanα],

[S扇形OAP=12α·R2=12α],

[S∆OAP=12OA·MP=12sinα],

故[12sinα<12α<12tanα],

所以[sinα<α

【点评】

此题若不借助三角函数线的功能来解决,是很困难的,所以在单位圆中作出正弦线、正切线及[α]弧段,借助三角函数线的几何直观性,建立各图形面积不等式,便能容易地获得结论。

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