题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
这一组题的题眼是「把和拆成半和半差」。四个公式先摆齐:
sinA+sinB = 2 sin((A+B)/2) cos((A−B)/2); cosA+cosB = 2 cos((A+B)/2) cos((A−B)/2);
sinA·sinB = −½[cos(A+B) − cos(A−B)] = ½[cos(A−B) − cos(A+B)]; a sinθ+b cosθ = √(a²+b²) sin(θ+φ),tanφ = b/a。
操作顺序:两式相除消掉 cos((A−B)/2) 得半和;两式平方相加消掉半和得半差的余弦;回到 A、B 后用原式代回验一次,再用积化和差独立算乘积验第二次。下面题设数据为自编示意,非真题原文。
二、逐题精讲
题1
题1 由两式和反解 A、B 并回代(解答题)
自编题设:已知 0 < A < B < π,且
sin A + sin B = 3/2, cos A + cos B = √3/2。
(1) 求 (A+B)/2 与 (B−A)/2,进而求 A、B;(2) 用积化和差求 sinA·sinB,并与由 A、B 直接相乘的结果互验;(3) 求 cos(A−B) 与 cos(A+B)。
解析
(1) 记 u=(A+B)/2,v=(B−A)/2(由 0<A<B<π 得 0<v<π/2,故 cos v > 0)。和差化积:2 sin u cos v = 3/2 ……① 2 cos u cos v = √3/2 ……②
①÷②:tan u = (3/2)/(√3/2) = √3。又 0<A+B<2π ⇒ 0<u<π,tan u=√3 给 u=π/3(另一解 4π/3 不在 (0,π) 内)。
①²+②²:4 cos²v (sin²u+cos²u) = (3/2)²+(√3/2)² = 9/4+3/4 = 3 ⇒ cos²v = 3/4。因 cos v>0,取 cos v=√3/2,v=π/6。
于是 A+B=2u=2π/3,B−A=2v=π/3,解得 B=π/2,A=π/6。
原式回验:sin(π/6)+sin(π/2)=1/2+1=3/2 ✓;cos(π/6)+cos(π/2)=√3/2+0=√3/2 ✓。范围 0<π/6<π/2<π 亦满足。
(2) 积化和差:sinA·sinB = ½[cos(A−B) − cos(A+B)]。代入 A−B=−π/3、A+B=2π/3:
= ½[cos(−π/3) − cos(2π/3)] = ½[1/2 − (−1/2)] = ½·1 = 1/2。
直接相乘回验:sin(π/6)·sin(π/2) = (1/2)·1 = 1/2 ✓。两条路子闭合。
(3) cos(A−B) = cos(−π/3) = 1/2;cos(A+B) = cos(2π/3) = −1/2。可再作一次独立校验:由韦达式 (sinA+sinB)²+(cosA+cosB)² = 2+2cos(A−B) ⇒ 3 = 2+2cos(A−B) ⇒ cos(A−B)=1/2 ✓,与 (1) 的结果一致。
答案 (1) u=(A+B)/2=π/3,v=(B−A)/2=π/6,A=π/6,B=π/2;(2) sinA·sinB=1/2,积化和差与直接相乘一致;(3) cos(A−B)=1/2,cos(A+B)=−1/2。
采分点 写出和差化积两式各 1 分;①÷②得 tan u=√3 1 分;定 u=π/3 并说明舍 4π/3 1 分;平方相加得 cos²v=3/4 1 分;由 0<v<π/2 取正根 v=π/6 1 分;解出 A=π/6、B=π/2 1 分;代回原式双验 1 分;积化和差得 1/2 1 分;用 2+2cos(A−B) 独立回验 1 分。
易错点 相除时忽略 cos v 可能为 0(本题由范围排除,须写明);平方相加后取 cos v=−√3/2;把 u 取成 4π/3;把「B−A=π/3」写成「A−B=π/3」导致 B 求反;积化和差符号写反成 −1/2;忘记代回原式检验。
题2
题2 辅助角公式与连乘恒等式(解答题)
(1) 设 f(x) = √3 sin 2x + cos 2x。求其振幅、最小正周期、最大值,并求 f(x)=1 在 [0, π] 上解的个数(端点计入)。(2) 用 sin2θ=2sinθcosθ 的连乘推导 cos20°·cos40°·cos80° 的值,并说明为什么中途不能把 sin20° 约掉之前就取近似。
解析
(1) 振幅 √( (√3)²+1² ) = 2;tanφ = 1/√3 ⇒ φ=π/6,故f(x) = 2 sin(2x + π/6)。
最小正周期 T = 2π/2 = π;最大值 2(当 2x+π/6=π/2+2kπ,即 x=π/6+kπ)。
解 f(x)=1:2 sin(2x+π/6)=1 ⇒ sin(2x+π/6)=1/2 ⇒
2x+π/6 = π/6+2kπ ⇒ x=kπ;或 2x+π/6 = 5π/6+2kπ ⇒ 2x=2π/3+2kπ ⇒ x=π/3+kπ。
在 [0, π] 上:第一族给 x=0、π;第二族给 x=π/3。共 3 个解:0、π/3、π。
回代验:f(0)=cos0=1 ✓;f(π/3)=√3 sin(2π/3)+cos(2π/3)=√3·(√3/2)+(−1/2)=3/2−1/2=1 ✓;f(π)=cos2π=1 ✓;另取 x=π/12,f=2 sin(π/3)=√3≈1.7320508,与振幅 2 相容。
(2) 令 P=cos20°cos40°cos80°。分子分母同乘 8 sin20°(sin20°≠0):
8 sin20°·P = 8 sin20°cos20°cos40°cos80°
= 4·(2 sin20°cos20°)·cos40°cos80° = 4 sin40°cos40°cos80°
= 2·(2 sin40°cos40°)·cos80° = 2 sin80°cos80° = sin160°。
而 sin160° = sin(180°−20°) = sin20°,故 8 sin20°·P = sin20° ⇒ P=1/8=0.125。
为什么不能提前取近似:这条推导的全部力量来自「连乘恰好 telescoping 到 sin160°,而 sin160° 与 sin20° 精确相等」。若中途把 sin20°≈0.342、cos20°≈0.940 等代成小数,误差会沿三次乘法累积,最后得到的是 0.1249… 一类的近似数,「正好等于 1/8」这个恒等关系就丢了,而且无法说明它为什么是有理数。恒等式题要保留符号到最后一步再代值,这与 00304 所讲「角的配凑先于求值」是同一条纪律。
答案 (1) f(x)=2sin(2x+π/6),振幅 2、周期 π、最大值 2;f(x)=1 在 [0,π] 上有 3 解:0、π/3、π。(2) cos20°cos40°cos80°=1/8,由连乘化为 sin160°=sin20° 精确相消得到,不可中途取近似。
采分点 振幅 2 与 φ=π/6 各 1 分;周期 π 1 分;最大值 2 1 分;解出两族 x=kπ 与 x=π/3+kπ 各 1 分;[0,π] 上 3 解(含端点)1 分;三解回代验 1 分;连乘链式每步 1 分共 2 分;sin160°=sin20° 相消得 1/8 1 分;说明提前近似会丢失恒等关系 1 分。
易错点 辅助角写成 2sin(2x−π/6);忘记 2x 使周期算成 2π;解 f(x)=1 时漏掉 x=0 与 x=π 两个端点;把 π/3+kπ 写成 π/6+kπ;连乘时漏掉补的 8 sin20°;把 sin160° 当成一个需要查表的数而没看出它等于 sin20°。
三、规律小结与对照表
| 工具 | 公式 | 本题落点 | 数值结果 | 独立回验 | 常见误判 |
|---|---|---|---|---|---|
| 和差化积·正弦 | sinA+sinB=2sin u cos v | ① 式 | 3/2 | 代回 sinπ/6+sinπ/2 | 把和拆成「各自一半」 |
| 和差化积·余弦 | cosA+cosB=2cos u cos v | ② 式 | √3/2 | 代回 cosπ/6+cosπ/2 | 漏掉同一个 cos v |
| 相除消元 | tan u=(3/2)/(√3/2) | u=π/3 | √3 | 舍去 4π/3 | 取 4π/3 或 −π/3 |
| 平方相加 | 4cos²v=3 | v=π/6 | cos v=√3/2 | 2+2cos(A−B)=3 | 取负根 |
| 积化和差 | ½[cos(A−B)−cos(A+B)] | sinA sinB | 1/2 | 直接相乘 (1/2)·1 | 符号写反 |
| 辅助角 | √(a²+b²)sin(θ+φ) | 2sin(2x+π/6) | 振幅 2、T=π | f(π/12)=√3 | 周期算成 2π |
| 解个数 | sin(2x+π/6)=1/2 | x=0, π/3, π | 3 个 | 三解分别回代 | 漏端点 |
| 连乘恒等式 | 8sin20°·P=sin160° | P | 1/8 | sin160°=sin20° | 中途取近似 |
这一组题其实只做了一件事:同一个结论用三条互不依赖的路子算出来。和差化积给 A、B,积化和差给乘积,直接相乘再验一次;辅助角给振幅与周期,三解回代再验一次;连乘恒等式靠 sin160°=sin20° 精确相消,所以中途绝不能换成小数。四个易错位记牢:相除前确认 cos v≠0、平方相加后由范围取正根、2x 的周期是 π 不是 2π、区间端点要计入解。本题所有数值与角度均为自编示意题设,不代表任何真题原文或官方数据。
四、自测清单
- □ 先把两式和写成「半和×半差」再相除/平方相加;
- □ 相除前写明 cos v≠0 的理由;
- □ 由 0<v<π/2 取 cos v 的正根,不取负根;
- □ 解出角后代回两个原式各验一次;
- □ 积化和差的符号单独核对一次;
- □ 辅助角题看清 ω=2,周期取 2π/ω;
- □ 区间解把端点单独代入检查;
- □ 恒等式题保留符号到最后一步再代值。