三角函数 三角恒等变换 两角和与差的正弦、余弦和正切公式


一、核心公式树

【正弦家族】  
● sin(α+β) = sinαcosβ **+** cosαsinβ  
● sin(α-β) = sinαcosβ **-** cosαsinβ  
 
【余弦家族】  
● cos(α+β) = cosαcosβ **-** sinαsinβ  
● cos(α-β) = cosαcosβ **+** sinαsinβ  
 
【正切家族】(α,β,α±β ≠ kπ+π/2)  
● tan(α+β) = (tanα + tanβ)/(1 **-** tanαtanβ)  
● tan(α-β) = (tanα - tanβ)/(1 **+** tanαtanβ)  

二、公式推导图解

单位圆法证明cos(α-β)

  1. 设角α终边交单位圆于A(cosα,sinα)
  2. 角β终边交圆于B(cosβ,sinβ)
  3. 向量OA·OB = |OA||OB|cos(α-β) = cos(α-β)
  4. 坐标计算:OA·OB = cosαcosβ + sinαsinβ
    cos(α-β) = cosαcosβ + sinαsinβ

三、高频应用场景

场景1:求非特殊角函数值

求sin75°
解:sin(45°+30°) = sin45°cos30° + cos45°sin30°
= (√2/2)(√3/2) + (√2/2)(1/2) = √6/4 + √2/4

场景2:化简复合式

sin(x+π/3) + sin(x-π/3)
= [sinxcosπ/3 + cosxsinπ/3] + [sinxcosπ/3 - cosxsinπ/3]
= 2sinx·(1/2) = sinx

场景3:弦化切求值

已知tanα=2,tanβ=3,求tan(α+β)
解:tan(α+β) = (2+3)/(1-2×3) = 5/(-5) = -1


四、避错指南

陷阱1:符号错乱
混淆cos(α+β)与sin(α+β)符号规律
正弦同号,余弦异号(观察公式加减号)

陷阱2:定义域遗漏

求tan(45°+60°)
直接代入:tan45°=1, tan60°=√3 → (1+√3)/(1-√3)
先判角度:45°+60°=105°∈第二象限 → tan105°<0

陷阱3:公式变形错误

化简 sin(α+β)cosβ - cos(α+β)sinβ
误用两角差公式
逆向构造:原式 = sin[(α+β)-β] = sinα


五、公式变形网络

                     → 辅助角公式:asinx+bcosx=√(a^2+b^2)sin(x+φ)  
两角和差公式  
                     → 二倍角公式(令β=α):sin2α=2sinαcosα  

学习心法

  1. 记忆口诀
  2. 正弦:"赛扩扩赛,符号同原"(sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ)
    余弦:
    "扩扩赛赛,符号相反"(cos(α±β)=cosαcosβsinαsinβ)
    正切:
    "分子同号,分母异号"
  3. 几何验证
  4. 用两块30°+45°三角板拼成75°角,测量边长验证sin75°