知几求几型的应用总结

前言

三角函数

在三角函数章节中,我们常把(sin heta+cos heta)(sin heta-cos heta)(sin hetacdotcos heta)当成三个整体来看待,如果知道其中的一个值,可以求解其他的两个值,我们称为知一求二型的运算模型,其本质是方程思想的应用;但由此衍生的一类三角函数的值域的求解,就显得很特殊。

例1已知(alphain (0,pi)),且(sinalpha+cosalpha=cfrac{1}{5}),求(sinalphacdot cosalpha)(sinalpha-cosalpha)(cfrac{sinalpha}{cosalpha})的值;

法1:由(egin{cases}sinalpha+cosalpha=cfrac{1}{5}\sin^2alpha+cos^2alpha=1end{cases}),解得(egin{cases}sinalpha=cfrac{4}{5}\cosalpha=-cfrac{3}{5}end{cases})(egin{cases}sinalpha=-cfrac{3}{5}\cosalpha=cfrac{4}{5}end{cases}(舍去))

再求得(sinalphacdot cosalpha=-cfrac{12}{25})(sinalpha-cosalpha=cfrac{7}{5})(cfrac{sinalpha}{cosalpha}=tanalpha=-cfrac{4}{3})

法2:给(sinalpha+cosalpha=cfrac{1}{5})两边平方,得到(1+2sinalphacdot cosalpha=cfrac{1}{25})

(sinalphacdot cosalpha=-cfrac{12}{25}),且(sinalpha>0,cosalpha<0)

(1-2sinalphacdot cosalpha=(sinalpha-cosalpha)^2=cfrac{49}{25}),故(sinalpha-cosalpha=cfrac{7}{5})

(sinalpha+cosalpha=cfrac{1}{5})(sinalpha-cosalpha=cfrac{7}{5})联立,解得(egin{cases}sinalpha=cfrac{4}{5}\cosalpha=-cfrac{3}{5}end{cases})

则得到(cfrac{sinalpha}{cosalpha}=tanalpha=-cfrac{4}{3})

法3:实际高考中,我们常常是利用勾股数来快速求解的,比如已知(alphain (0,pi)),且(sinalpha+cosalpha=cfrac{1}{5})

快速联系勾股数(3、4、5),则(sinalpha)(cosalpha)的值必然在(pmcfrac{3}{5})(pmcfrac{4}{5})中快速选择,[1]

则由(sinalphacdot cosalpha=-cfrac{12}{25}<0),可知(sinalpha>0,cosalpha<0),故(egin{cases}sinalpha=cfrac{4}{5}\cosalpha=-cfrac{3}{5}end{cases})

解后反思:在(sinalpha+cosalpha)(sinalpha-cosalpha)(sinalphacdot cosalpha)(frac{sinalpha}{cosalpha})这四个式子中,知一求三是经常应用的运算;

衍生应用

利用上述运算的模式,我们可以这样思考,如果(sin hetapm cos heta)[加减]与(sin hetacdot cos heta)[乘]同时出现在一个函数中时,我们可以将其中的一个的值定义为参数,将另一个用该参数来刻画;

①比如定义乘,然后刻画表达加减:

案例1已知( hetain [0,cfrac{pi}{2}]),令(sin hetacdot cos heta=t),则(sin2 heta=2tin[0,1]),故(tin[0,cfrac{1}{2}])

这样(1+sin2 heta=1+2t),即((sin heta+cos heta)^2=1+2t),故(sin heta+cos heta=sqrt{1+2t})(1-sin2 heta=1-2t),即((sin heta-cos heta)^2=1-2t),故(sin heta-cos heta=pmsqrt{1-2t})

②再比如定义加减,然后刻画表达乘:

案例2已知( hetain [0,cfrac{pi}{2}]),令(sin heta+cos heta=t)

(sin heta+cos heta=sqrt{2}sin( heta+cfrac{pi}{4})in[1,sqrt{2}]),故(tin[1,sqrt{2}])

这样((sin heta+cos heta)^2=t^2),则(1+2sin hetacdotcos heta=t^2),即(sin hetacdotcos heta=cfrac{t^2-1}{2})

反思总结:从理论角度分析,设一表达二是完全行得通的,但是从学习和教学实践的角度来看,用定义[加减]来表达[乘]的思路,应用更广泛,得到的函数的性质更容易分析。

引例列举

引例1求函数(f(x)=sinx+cosx+sinxcosx)的值域。【三角换元,典型例题】

分析:令(sinx+cosx=t),则可知(tin[-sqrt{2},sqrt{2}])

则由((sinx+cosx)^2=t^2)得到(sinxcosx=cfrac{t^2-1}{2})

故此时原函数经过换元就转化为(f(x)=g(t)=t+cfrac{t^2-1}{2},tin[-sqrt{2},sqrt{2}])

这样就和例1是同一类型的了。(f(x)=g(t)=cfrac{1}{2}(t+1)^2-1)(tin[-sqrt{2},sqrt{2}])

(f(x)=g(t) in [-1,cfrac{2sqrt{2}+1}{2}])

引例2如求函数(y=cfrac{sinalphacdot cosalpha}{sinalpha+cosalpha},alphain [0,cfrac{pi}{2}])的值域问题。

分析:利用换元转化为分式型处理;

(sinalpha+cosalpha=t=sqrt{2}sin(alpha+cfrac{pi}{4})in [1,sqrt{2}])

(sinalphacdot cosalpha=cfrac{t^2-1}{2})

则原函数转化为(y=cfrac{frac{1}{2}(t^2-1)}{t}=cfrac{1}{2}(t-cfrac{1}{t}),tin [1,sqrt{2}])

引例3求函数(y=cfrac{sinalpha+cosalpha}{sinalphacdot cosalpha},alphain [0,cfrac{pi}{2}])的值域问题。

分析:利用换元转化为分式型处理;

(sinalpha+cosalpha=t=sqrt{2}sin(alpha+cfrac{pi}{4})in [1,sqrt{2}])

(sinalphacdot cosalpha=cfrac{t^2-1}{2})

则原函数转化为(y=cfrac{2}{t-frac{1}{t}},tin [1,sqrt{2}])

引例4求函数(y=cfrac{sinalpha-cosalpha}{sinalphacdot cosalpha},alphain [cfrac{pi}{2},cfrac{3pi}{4}])的值域问题。

分析:利用换元转化为分式型处理;

(sinalpha-cosalpha=t=sqrt{2}sin(alpha-cfrac{pi}{4})in [1,sqrt{2}])

(sinalphacdot cosalpha=cfrac{1-t^2}{2})

则原函数转化为(y=cfrac{2}{frac{1}{t}-t},tin [1,sqrt{2}])

典例剖析

例1【2019学生问题】[转化划归+恒成立问题+分离参数+换元法+求最值]

函数(f(x)=cos2x+a(sinx-cosx))在区间([0,cfrac{pi}{2}])上单调递增,求实数(a)的取值范围。

分析:由于函数(f(x)=cos2x+a(sinx-cosx))在区间([0,cfrac{pi}{2}])上单调递增,

(f'(x)ge 0)在区间([0,cfrac{pi}{2}])上恒成立,

(f'(x)=-2sin2x+a(cosx+sinx)ge 0)在区间([0,cfrac{pi}{2}])上恒成立,

由于(xin [0,cfrac{pi}{2}])(cosx+sinx>0),故用完全分离参数法,得到,

(age cfrac{2sin2x}{sinx+cosx})在区间([0,cfrac{pi}{2}])上恒成立,

题目转化为求函数(g(x)=cfrac{2sin2x}{sinx+cosx})的最大值问题。

(sinx+cosx=t=sqrt{2}sin(x+cfrac{pi}{4})),则(tin [1,sqrt{2}])

(sin2x=t^2-1),则函数(g(x)=h(t)=cfrac{2(t^2-1)}{t}=2(t-cfrac{1}{t}))

又函数(h'(t)=1+cfrac{1}{t^2}>0)(tin [1,sqrt{2}])上恒成立,

故函数(h(t))(tin [1,sqrt{2}])上单调递增,

(g(x)_{max}=h(t)_{max}=h(sqrt{2})=sqrt{2})

(age sqrt{2})。即(ain [sqrt{2},+infty))

例2【2017宝鸡中学高三理科第一次月考第10题】已知函数(f(x)=cfrac{2sinxcosx}{1+sinx+cosx})(xin(0,cfrac{pi}{2}])的最大值为(M),最小值为(N),则(M-N)=?

分析:令(sinx+cosx=t) ,由于(xin(0,cfrac{pi}{2}])

(t=sinx+cosx=sqrt{2}sin(x+cfrac{pi}{4})in [1,sqrt{2}]),则(2sinxcosx=t^2-1)

(f(x)=cfrac{t^2-1}{t+1}=g(t)=t-1)

(f(x)_{max}=M=sqrt{2}-1)(f(x)_{min}=N=0);即(M-N=)(sqrt{2}-1)

数列章节

①已知等差数列({a_n}),那么在(a_1)(a_n)(n)(d)(S_n)中,知道其中的三个就可以求解剩余的两个,称为“知三求二”型;

②已知等比数列({a_n}),那么在(a_1)(a_n)(n)(q)(S_n)中,知道其中的三个就可以求解剩余的两个,称为“知三求二”型;


  1. 注意勾股数快速确定三角函数值的方法。常用的勾股数(3n,4n,5n(nin N^*))(5,12,13)(7,24,25)(8,15,17)(9,40,41)↩︎

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