三角函數(shù)是高中數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容,也是歷年高考考查的熱點(diǎn)之一.由于三角函數(shù)的知識(shí)具有:(1)公式繁多;(2)性質(zhì)獨(dú)特(定義域、有界性、單調(diào)性、周期性等);(3)變化靈活;(4)滲透性強(qiáng)等特點(diǎn),使解決三角函數(shù)問題較其他的代數(shù)問題更趨于隱蔽,解題的過程有更多陷阱,解題的思維更需慎密.因此,解題時(shí)稍有不慎,便往往會(huì)出現(xiàn)增解、漏解,甚至錯(cuò)解的現(xiàn)象.本文結(jié)合具體實(shí)例剖析解決三角函數(shù)問題時(shí)常見的錯(cuò)誤情況,供同學(xué)們參考.
易錯(cuò)點(diǎn)一:忽視三角函數(shù)的定義域而致錯(cuò)
例1 判斷函數(shù)f(x)=1+sinx-cosx1+sinx+cosx的奇偶性.
錯(cuò)解:∵f(x)=2sinx2(sinx2+cosx2)2cosx2(sinx2+cosx2)=tanx2,∴f(-x)=tan(-x2)=-tanx2=-f(x),
∴f(x)是奇函數(shù).
錯(cuò)因剖析:研究函數(shù),首先考慮函數(shù)的“定義域”,即要使該函數(shù)有意義,則分母必須不為0,從而1+sinx+cosx=1+2sin(x+π4)≠0,即sin(x+π4)≠-22,得:π4+x≠2kπ+54π且π4+x≠2kπ+74π(k∈Z),故x≠2kπ+π且x≠2kπ+32π(k∈Z),而函數(shù)f(x)=tanx2的定義域卻是{x|x≠2kπ+π,k∈Z},顯然這兩個(gè)函數(shù)不是同一個(gè)函數(shù).究其原因,當(dāng)約去因式sinx2+cosx2時(shí),使原函數(shù)不關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的定義域擴(kuò)大為關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的定義域.因此,原函數(shù)應(yīng)是非奇非偶函數(shù).
易錯(cuò)點(diǎn)二:忽視三角函數(shù)的有界性而致錯(cuò)
例2 若cosαcosβ=12,求sinαsinβ的取值范圍.
錯(cuò)解:設(shè)sinαsinβ=t,則cosαcosβ+sinαsinβ=t+12,即cos(α-β)=t+12,又因?yàn)閏os(α-β)∈[-1,1],所以有-1≤t+12≤1,解得:-32≤t≤12,
所以sinαsinβ的取值范圍為[-32,12].
錯(cuò)因剖析:若cosαcosβ+sinαsinβ=t+12,則也有cosαcosβ-sinαsinβ=12-t,
所以應(yīng)該得到cos(α-β)=t+12,cos(α+β)=12-t都成立.由cos(α-β)∈[-1,1],
cos(α+β)∈[-1,1],可以得到-12≤t≤12,即sinαsinβ的取值范圍為[-12,12].
易錯(cuò)點(diǎn)三:忽視三角函數(shù)的單調(diào)性而致錯(cuò)
例3 已知α,β∈(0,π2),且cosα=55,cosβ=1010,求α+β的值.
錯(cuò)解:∵α,β∈(0,π2),且cosα=55,cosβ=1010,故sinα=255,sinβ=31010,
又∵sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ=255×1010+55×31010=22.
由α,β∈(0,π2)知α+β∈(0,π),所以α+β=π4或α+β=3π4.
錯(cuò)因剖析:由于正弦值為22的角在(0,π)上不唯一,才造成兩解.正確的解法是取余弦,因?yàn)橛嘞液瘮?shù)在(0,π)上是單調(diào)遞減的,這樣才不會(huì)擴(kuò)大解集.∵cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ=55×1010-255×31010=-22.由α+β∈(0,π),且余弦函數(shù)在(0,π)上是單調(diào)遞減,所以α+β=3π4.
易錯(cuò)點(diǎn)四:忽視條件等式對(duì)三角函數(shù)的角或值的制約而致錯(cuò)
例4 設(shè)θ是第二象限角,且cosθ2-sinθ2=13,求cosθ2+sinθ2的值.
錯(cuò)解:∵θ是第二象限角,∴2kπ+π2<θ<2kπ+π(k∈Z)∴kπ+π4<θ2 錯(cuò)因剖析1:有些同學(xué)認(rèn)為θ是第二象限角,則θ2必為第一象限角,從而未討論θ2在第三象限時(shí)的情況.又cosθ2-sinθ2=13>0,∴cosθ2>sinθ2,∴2kπ+54π<θ2<2kπ+32π(k∈Z), ∴cosθ2<0,sinθ2<0,將cosθ2-sinθ2=13平方得:1-2sinθ2cosθ2=19, ∴2sinθ2cosθ2=89, ∴(cosθ2+sinθ2)2=1+2sinθ2cosθ2=179,∴cosθ2+sinθ2=-173. 錯(cuò)因剖析2:如果在前面誤認(rèn)為θ2只能為第一象限角,則就會(huì)得出cosθ2+sinθ2=173的錯(cuò)誤,如果得2kπ+π4<θ2<2kπ+π2或2kπ+54π<θ2<2kπ+32π(k∈Z),而不從三角函數(shù)等式中推出隱含條件cosθ2<0,sinθ2<0,則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生cosθ2+sinθ2=±173的錯(cuò)誤. 易錯(cuò)點(diǎn)五:忽視三角形中邊角的關(guān)系而致錯(cuò) 例5 在△ABC中,三內(nèi)角A,B,C成等差數(shù)列,且sinC=513,求cosA的值. 錯(cuò)解:由A,B,C成等差數(shù)列及三角形內(nèi)角和定理知:2B=A+C,A+B+C=π, ∴B=π3,A=23π-C,又∵sinC=513, ∴cosC=±1-sin2C=±1213, ∵cosA=cos(23π-C)=cos23πcosC+sin23πsinC=-12cosC+32sinC, ∴當(dāng)cosC=1213時(shí),cosA=53-1226; 當(dāng)cosC=-1213時(shí),cosA=53+1226. 錯(cuò)因剖析:cosC能否正負(fù)都取呢?因?yàn)锳,B,C是三角形中的三個(gè)內(nèi)角,故A+B+C=π.因此,這三個(gè)角之間有著相互制約的關(guān)系,應(yīng)對(duì)給出的固定的正弦值的角C的范圍加以挖掘,從而決定cosC的正、負(fù)號(hào)的取舍.∵0
評(píng)析:與三角形有關(guān)的三角問題,必須注意三角形中的邊角等量關(guān)系、邊角的不等關(guān)系及角的取值范圍等隱含條件,避免出現(xiàn)增解.
易錯(cuò)點(diǎn)六:忽視換元前后變量范圍的區(qū)別而致錯(cuò)
例6 求函數(shù)y=sinxcosx+sinx-cosx(x∈R)的值域.
錯(cuò)解:令sinx-cosx=t,則由(sinx-cosx)2=1-2sinxcosx=t2,得:sinxcosx=1-t22,所以y=1-t22+t=-12(t-1)2+1,因?yàn)閠∈R,所以y∈(-∞,1].
錯(cuò)因剖析:上述錯(cuò)解在于忽略了t的正確范圍.因sinx-cosx=t=2sin(x-π4)∈[-2,2],
所以當(dāng)t=-2時(shí),ymin=-2-12;當(dāng)t=1時(shí),ymax=1.
故函數(shù)y=sinxcosx+sinx-cosx的值域?yàn)閇-2-12,1].
易錯(cuò)點(diǎn)七:忽視由給定三角函數(shù)值縮小相關(guān)角的范圍而致錯(cuò)
例7 已知tan(α-β)=12,tanβ=-17,且α,β∈(0,π),求2α-β的值.
錯(cuò)解:tan2(α-β)=2tan(α-β)1-tan2(α-β)=11-14=43,又2α-β=2(α-β)+β,所以
tan(2α-β)=tan2(α-β)+tanβ1-tan2(α-β)tanβ=43-171+43×17=1.由α,β∈(0,π),得2α-β∈(-π,2π),
所以2α-β=-34π或π4或5π4.
錯(cuò)因剖析:這是同學(xué)們解答時(shí)常見的典型錯(cuò)誤,實(shí)際上,由tanβ=-17>-33,可得β∈(56π,π),又由tanα=tan[(α-β)+β]=13<33,可得α∈(0,π6),忽視了這個(gè)隱含條件,才會(huì)出現(xiàn)上面解答中2α-β的過大范圍.只有通過題給條件,把角的范圍縮小到盡可能小的范圍,才能使角的功能突出,從而避免錯(cuò)誤.由α∈(0,π6)且β∈(56π,π),得2α-β∈(-π,-π2),故2α-β=-34π.
易錯(cuò)點(diǎn)八:忽視變形式子對(duì)變量范圍的制約而致錯(cuò)
例8 已知sin2x和sinx分別是sinθ和cosθ的等差中項(xiàng)與等比中項(xiàng),求cos2x的值.
錯(cuò)解:由題設(shè)得sin2x=sinθ+cosθ2(1)sin2x=sinθcosθ(2),
將(1)平方,得:sin22x=1+2sinθcosθ4
=1+2sin2x4,
∴4sin22x=1+2sin2x4(1-cos22x)=1+(1-cos2x),
即4cos22x-cos2x-2=0,解得cos2x=1+338或cos2x=1-338.
錯(cuò)因剖析:從計(jì)算過程來看感覺推理合理,條理清晰,結(jié)論也正確,因?yàn)?1<1±338<1,容易讓人誤認(rèn)為兩個(gè)結(jié)論都正確.實(shí)際上在題設(shè)(1)和(2)中,都隱含了角θ和x的范圍.
∵(1),(2)可寫為sin2x=22sin(π4+θ)sin2x=12sin2θ,
∴sin2θ=2sin2x≥0,
∴2kπ≤2θ≤2kπ+π(k∈Z),即kπ≤θ≤kπ+π2(k∈Z),故kπ+π4≤θ+π4≤kπ+34π(k∈Z),由正弦函數(shù)的圖象可得22≤|sin(θ+π4)|≤1,即12≤|sin2x|≤22,∴22≤cos22x≤34,
∴22≤|cos2x|≤32,故cos2x=1-338不符合條件,即cos2x=1+338.
易錯(cuò)點(diǎn)九:忽視題設(shè)條件而致錯(cuò)
例9 已知銳角△ABC中,sin(A+B)=35,sin(A-B)=15.
(1)求證:tanA=2tanB;
(2)設(shè)AB=3,求AB邊上的高.
錯(cuò)解:(1)略,(2)由(1)易得:cosAsinB=15,作AB邊上的高CD,設(shè)CD=h,則有
tanA=hAD,tanB=hBD,所以AC=1+h2,
BC=4+h2,即cosA=11+h2,
sinB=h4+h2,代入cosAsinB=15,得h4-20h2+4=0,解得:h2=10±46,即h=6±2.
錯(cuò)因剖析:錯(cuò)解中未注意到題設(shè)條件中的銳角△ABC,實(shí)際上,當(dāng)h=6-2時(shí),tanA=h=6-2<1,則A<π4,又Bπ2,這與題設(shè)條件中的銳角△ABC矛盾,故舍去,即h=6+2.
上面我們揭示了三角函數(shù)中常見可能出錯(cuò)的情況,在實(shí)際解題時(shí),這些方法既可以單獨(dú)運(yùn)用,也可以結(jié)合在一起綜合運(yùn)用,只有這樣,才能收到良好的效果.培養(yǎng)同學(xué)們挖掘隱含條件的能力,對(duì)加深理解知識(shí),提高解題能力,培養(yǎng)思維有積極意義.
(作者:丁稱興,江蘇省溧水高級(jí)中學(xué))