🐜 蚂蚁微积分 · 补缺 51 天
预备阶段:三角函数 · Day 5 / 51

基本恒等式与化简

三角恒等式化简

🎯 今天要会做什么

前几天认识了 sin、cos、tan 和象限符号。今天学三条「公式」,它们后面会一直用到——化简、求值、积分、极限都靠它。


📖 知识点精讲

1. 三条基本恒等式

sin2x+cos2x=1,\sin^2 x + \cos^2 x = 1, tanx=sinxcosx,\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}, 1+tan2x=sec2x(secx=1cosx).1 + \tan^2 x = \sec^2 x\quad(\sec x=\tfrac{1}{\cos x}).

第一条最重要。它其实就是 Day 2 单位圆上的勾股定理:交点 (cosx, sinx)(\cos x,\ \sin x) 到圆心的距离是 11,所以两条直角边的平方和 =12=1^2

写法提醒:sin2x\sin^2 x 就是 (sinx)2(\sin x)^2,也就是「先求 sinx\sin x,再平方」。

2. 这三条能干什么


✍️ 例题精解

例 1 由一个值求另一个

已知 sinx=35\sin x=\dfrac35,且 xx 在第二象限,求 cosx\cos x

 用第一条恒等式:

cos2x=1sin2x=1(35)2=1925=1625.\cos^2 x=1-\sin^2 x=1-\left(\frac35\right)^2=1-\frac{9}{25}=\frac{16}{25}.

开方得 cosx=±45\cos x=\pm\dfrac45。第二象限 cosx<0\cos x<0(Day 4 的象限符号),所以取

cosx=45.\cos x=-\frac45.

关键:开方有正负两个,靠象限挑出对的那个

例 2 化简(替换)

化简 1cos2xsinx\dfrac{1-\cos^2 x}{\sin x}(设 sinx0\sin x\neq0)。

 1cos2x=sin2x1-\cos^2 x=\sin^2 x,代进去:

1cos2xsinx=sin2xsinx=sinx.\frac{1-\cos^2x}{\sin x}=\frac{\sin^2x}{\sin x}=\sin x.

例 3 化简(把 tan 拆开)

化简 cosxtanx\cos x\cdot\tan x

 tanx=sinxcosx\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x},约掉 cosx\cos x

cosxtanx=cosxsinxcosx=sinx.\cos x\cdot\tan x=\cos x\cdot\frac{\sin x}{\cos x}=\sin x.

🧮 课堂练习

先自己做,再展开看答案。错题归入「三角函数」分类。

  1. 化简 1sin2x1-\sin^2 x
  2. 化简 sin2x+cos2x+3\sin^2 x+\cos^2 x+3
  3. 化简 1sin2xcosx\dfrac{1-\sin^2 x}{\cos x}(设 cosx0\cos x\neq0)。
  4. 已知 cosx=1213\cos x=\dfrac{12}{13}xx 在第四象限,求 sinx\sin x
  5. 化简 sin2x+sin2xtan2x\sin^2 x+\sin^2 x\,\tan^2 x。(提示:1+tan2x=sec2x1+\tan^2x=\sec^2x
参考答案
  1. 1sin2x=cos2x1-\sin^2 x=\cos^2 x
  2. sin2x+cos2x=1\sin^2x+\cos^2x=1,所以 =1+3=4=1+3=4
  3. 1sin2x=cos2x1-\sin^2x=\cos^2x,故 cos2xcosx=cosx\dfrac{\cos^2x}{\cos x}=\cos x
  4. sin2x=1(1213)2=25169\sin^2x=1-\left(\dfrac{12}{13}\right)^2=\dfrac{25}{169}sinx=±513\sin x=\pm\dfrac{5}{13};第四象限 sinx<0\sin x<0,取 513-\dfrac{5}{13}
  5. sin2x(1+tan2x)=sin2xsec2x=sin2xcos2x=tan2x\sin^2x(1+\tan^2x)=\sin^2x\cdot\sec^2x=\dfrac{\sin^2x}{\cos^2x}=\tan^2x

📝 历年真题

恒等式本身真题里不单独出题,但它是工具:化简、对称区间积分(Day 37)、求极限都要反复用到。今天把这三条背熟、会替换就行。


🔑 小结 / 易错点