转半圈
先看转半圈会发生什么
我们已经知道:角的终边与单位圆相交,交点的横坐标就是这个角的余弦,纵坐标就是这个角的正弦。这里不必再把横、纵坐标另记为两个字母。
把角 $\alpha$ 的终边再逆时针转半圈,得到 $\pi+\alpha$。圆上的点移到正对面:左右方向相反,上下方向也相反,所以横、纵坐标都变号。
纵坐标变号,也就是正弦变号:
横坐标变号,也就是余弦变号:
正切是纵坐标除以横坐标。分子、分母同时变号,比值不变,因此在 $\cos\alpha\ne0$ 时:
这就是一组诱导公式:角改变了,但新的函数值可以用原来角的函数值表示。
转四分之一圈
转四分之一圈,为什么正弦变成余弦
把终边逆时针转 $\frac{\pi}{2}$,也就是 $90^\circ$。原来向右的方向转成向上,原来向上的方向转成向左。因此,新纵坐标等于原横坐标,新横坐标等于原纵坐标的相反数。
新角的正弦取新纵坐标,所以等于原角的余弦:
新角的余弦取新横坐标,所以等于原角正弦的相反数:
转半圈时,横、纵坐标的角色不交换;转四分之一圈时,两者的角色交换。这就是后面“偶不变”和“奇变”的原因。
点怎样变,公式就怎样变
拖动蓝色点 P 改变 α;选择一种变换,比较紫色点 Q。聚焦图后也可用方向键微调。
口诀怎么用
奇变偶不变,符号看象限
对 $k\frac{\pi}{2}\pm\alpha$,其中 $k\in\mathbb Z$,分两步判断:
看奇偶: $k$ 为奇数,正弦、余弦互换;为偶数,函数名不变。
看符号: 暂把 $\alpha$ 当作锐角,看整个角所在的象限,按原式的函数判断正负。
例如 $\cos(\pi-\alpha)$:$k=2$,余弦不变;暂把 $\alpha$ 当作锐角,整个角在第二象限,余弦为负,所以
判断公式前的符号时,先把 $\alpha$ 看作锐角;计算时,代入它的实际值。公式在两边都有意义时成立,正切的具体条件见下表。
公式汇总
常用诱导公式汇总
以下每格都是完整等式。其中 $m\in\mathbb Z$ 表示整周旋转的圈数;$\alpha$ 可取任意实数,正切须满足表中条件。
正弦与余弦
横、纵坐标的交换与变号,对应以下关系:
| 角的变化 | 正弦公式 | 余弦公式 |
|---|---|---|
| 整周旋转 | $\sin\left(\alpha+2m\pi\right)=\sin\alpha$ | $\cos\left(\alpha+2m\pi\right)=\cos\alpha$ |
| 关于$x$ 轴对称 | $\sin\left(-\alpha\right)=-\sin\alpha$ | $\cos\left(-\alpha\right)=\cos\alpha$ |
| 转半圈 | $\sin\left(\pi+\alpha\right)=-\sin\alpha$ | $\cos\left(\pi+\alpha\right)=-\cos\alpha$ |
| 关于$y$ 轴对称 | $\sin\left(\pi-\alpha\right)=\sin\alpha$ | $\cos\left(\pi-\alpha\right)=-\cos\alpha$ |
| 转四分之一圈 | $\sin\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)=\cos\alpha$ | $\cos\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)=-\sin\alpha$ |
| 关于直线 $y=x$ 对称 | $\sin\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)=\cos\alpha$ | $\cos\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)=\sin\alpha$ |
正切
将同一行的正弦除以余弦,就得到正切关系;分母不能为零。
| 正切公式 | 成立条件 |
|---|---|
| $\tan\left(\alpha+2m\pi\right)=\tan\alpha$ | $\cos\alpha\ne0$ |
| $\tan\left(-\alpha\right)=-\tan\alpha$ | $\cos\alpha\ne0$ |
| $\tan\left(\pi+\alpha\right)=\tan\alpha$ | $\cos\alpha\ne0$ |
| $\tan\left(\pi-\alpha\right)=-\tan\alpha$ | $\cos\alpha\ne0$ |
| $\tan\left(\frac{\pi}{2}+\alpha\right)=-\frac{\cos\alpha}{\sin\alpha}$ | $\sin\alpha\ne0$ |
| $\tan\left(\frac{\pi}{2}-\alpha\right)=\frac{\cos\alpha}{\sin\alpha}$ | $\sin\alpha\ne0$ |
只有 $\sin\alpha$、$\cos\alpha$ 都不为零时,最后两式才可以写成 $-\frac{1}{\tan\alpha}$ 和 $\frac{1}{\tan\alpha}$。
计算与条件
用熟悉的角计算,别丢掉条件
$\frac{7\pi}{6}=\pi+\frac{\pi}{6}$。加半圈后,正弦和余弦变号,正切不变。利用 $\frac{\pi}{6}$ 的函数值,就能算出:
但口诀不能代替定义域检查。例如 $\alpha=\frac{\pi}{2}$ 时,原式为:
此时 $\tan\alpha$ 没有定义,不能把结果写成 $-\frac{1}{\tan\alpha}$;使用 $-\frac{\cos\alpha}{\sin\alpha}$ 则得到 $0$,计算正常。
先用奇偶决定是否换函数名,再用象限判断符号,最后检查正切的分母。记住这条顺序,也记住它来自单位圆上点的变化。