2019人教A版高中数学必修四教案：3.1.3二倍角的正弦、余弦、正切公式

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3.1.3 二倍角的正弦、余弦、正切公式

整体设计

一、教学分析

“二倍角的正弦、余弦、正切公式”是在研究了两角和与差的三角函数的基础上,进一步研究具有“二倍角”关系的正弦、余弦、正切公式的,它既是两角和与差的正弦、余弦、正切公式的特殊化,又为以后求三角函数值、化简、证明提供了非常有用的理论工具、通过对二倍角的推导知道,二倍角的内涵是：揭示具有倍数关系的两个三角函数的运算规律、通过推导还让学生加深理解了高中数学由一般到特殊的化归思想、因此本节内容也是培养学生运算和逻辑推理能力的重要内容,对培养学生的探索精神和创新能力、发现问题和解决问题的能力都有着十分重要的意义.

本节课通过教师提出问题、设置情境及对和角公式中α、β关系的特殊情形α=β时的简化,让学生在探究中既感到自然、易于接受,还可清晰知道和角的三角函数与倍角公式的联系,同时也让学生学会怎样发现规律及体会由一般到特殊的化归思想.这一切教师要引导学生自己去做,因为,《数学课程标准》提出：“要让学生在参与特定的数学活动,在具体情境中初步认识对象的特征,获得一些体验”. 在实际教学过程中不要过多地补充一些高技巧、高难度的练习,更不要再补充一些较为复杂的积化和差或和差化积的恒等变换,否则就违背了新课标在这一章的编写意图和新课改精神.

二、教学目标

1．知识与技能：

通过让学生探索、发现并推导二倍角公式,了解它们之间、以及它们与和角公式之间的内在联系,并通过强化题目的训练,加深对二倍角公式的理解,培养运算能力及逻辑推理能力,从而提高解决问题的能力.

2．过程与方法：

通过二倍角的正弦、余弦、正切公式的运用,会进行简单的求值、化简、恒等证明.体会化归这一基本数学思想在发现中和求值、化简、恒等证明中所起的作用.使学生进一步掌握联系变化的观点,自觉地利用联系变化的观点来分析问题,提高学生分析问题、解决问题的能力.

3．情感态度与价值观：

通过本节学习,引导学生领悟寻找数学规律的方法,培养学生的创新意识,以及善于发现和勇于探索的科学精神.

三、重点难点

教学重点：二倍角公式推导及其应用.

教学难点：如何灵活应用和、差、倍角公式进行三角式化简、求值、证明恒等式.

四、课时安排

1课时

五、教学设想

（一）导入新课

思路1.(复习导入)请学生回忆上两节共同探讨的和角公式、差角公式,并回忆这组公式的来龙去脉,然后让学生默写这六个公式.教师引导学生：和角公式与差角公式是可以互相化归的.当两角相等时,两角之和便为此角的二倍,那么是否可把和角公式化归为二倍角公式呢?今天,我们进一步探讨一下二倍角的问题,请同学们思考一下,应解决哪些问题呢？由此展开新课. 思路2.(问题导入)出示问题,让学生计算,若sinα=

3?,α∈(,π),求sin2α,cos2α的值.学生会很容易看出：52sin2α=sin(α+α)=sinαcosα+cosαsinα=2sinαcosα的,以此展开新课,并由此展开联想推出其他公式.

（二）推进新课、新知探究、提出问题

①还记得和角的正弦、余弦、正切公式吗？(请学生默写出来,并由一名学生到黑板默写) ②你写的这三个公式中角α、β会有特殊关系α=β吗？此时公式变成什么形式？ ③在得到的C2α公式中,还有其他表示形式吗？ ④细心观察二倍角公式结构,有什么特征呢？

⑤能看出公式中角的含义吗？思考过公式成立的条件吗？

⑥让学生填空：老师随机给出等号一边括号内的角,学生回答等号另一边括号内的角,稍后两人为一组,做填数游戏：sin( )=2sin( )cos( ),cos( )=cos2( )-sin2( ).

⑦思考过公式的逆用吗？想一想C2α还有哪些变形？

⑧请思考以下问题：sin2α=2sinα吗？cos2α=2cosα吗？tan2α=2tanα？

活动：问题①,学生默写完后,教师打出课件,然后引导学生观察正弦、余弦的和角公式,提醒学生注意公式中的α,β,既然可以是任意角,怎么任意的？你会有些什么样的奇妙想法呢？并鼓励学生大胆试一试.如果学生想到α,β会有相等这个特殊情况,教师就此进入下一个问题,如果学生没想到这种特殊情况,教师适当点拨进入问题②,然后找一名学生到黑板进行简化,其他学生在自己的座位上简化、教师再与学生一起集体订正黑板的书写,最后学生都不难得出以下式子,鼓励学生尝试一下,对得出的结论给出解释.这个过程教师要舍得花时间,充分地让学生去思考、去探究,并初步地感受二倍角的意义.同时开拓学生的思维空间,为学生将来遇到的3α或3β等角的探究附设类比联想的源泉.

（S2α）; 2

cos(α+β)=cosαcosβ-α-sin2α(C2α);

tan(α+β)=

tan??tan?2tan??tan2??(T2?) 21?tan?tan?1?tan? 这时教师适时地向学生指出,我们把这三个公式分别叫做二倍角的正弦,余弦,正切公式,并指导学生阅

读教科书,确切明了二倍角的含义,以后的“倍角”专指“二倍角”、教师适时提出问题③,点拨学生结合sin2α+cos2α=1思考,因此二倍角的余弦公式又可表示为以下右表中的公式.

这时教师点出,这些公式都叫做倍角公式（用多媒体演示）.倍角公式给出了α的三角函数与2α的三角函数之间的关系.

问题④,教师指导学生,这组公式用途很广,并与学生一起观察公式的特征与记忆,首先公式左边角是右边角的2倍；左边是2α的三角函数的一次式,右边是α的三角函数的二次式,即左到右→升幂缩角,右到左→降幂扩角、二倍角的正弦是单项式,余弦是多项式,正切是分式.

问题⑤,因为还没有应用,对公式中的含义学生可能还理解不到位,教师要引导学生观察思考并初步感性认识到：(Ⅰ)这里的“倍角”专指“二倍角”,遇到“三倍角”等名词时,“三”字等不可省去；(Ⅱ)通过二倍角公式,可以用单角的三角函数表示二倍角的三角函数；(Ⅲ)二倍角公式是两角和的三角函数公式的特殊情况；(Ⅳ)公式(S2α),(C2α)中的角α没有限制,都是α∈R.但公式(T2α)需在α≠条件限制要引起学生的注意.但是当α=kπ+的,故可改用诱导公式.

1??kπ+和α≠kπ+(k∈Z)时才成立,这一242?,k∈Z时,虽然tanα不存在,此时不能用此公式,但tan2α是存在2 问题⑥,填空是为了让学生明了二倍角的相对性,即二倍角公式不仅限于2α是α的二倍的形式,其他如4α是2α的二倍,用二倍角公式. 例如:sin

aa3aaa??a是的二倍,3α是的二倍,是的二倍,-α是-的二倍等,所有这些都可以应24236242aaaaaa=2sincos,cos=cos2-sin2等等. 2443661aaaaasin6α,4sincos=2(2sincos)=2sin, 244442 问题⑦,本组公式的灵活运用还在于它的逆用以及它的变形用,这点教师更要提醒学生引起足够的注意.如:sin3αcos3α=

2tan40?=tan80°,cos22α-sin22α=cos4α,tan2α=2tanα(1-tan2α)等等. 2?1?tan40 问题⑧,一般情况下:sin2α≠2sinα,cos2α≠2cosα,tan2α≠2tanα.

若sin2α=2sinα,则2sinαcosα=2sinα,即sinα=0或cosα=1,此时α=kπ(k∈Z).

若cos2α=2cosα,则2cos2α-2cosα-1=0,即cosα=若tan2α=2tanα,则

1?31?3(cosα=舍去). 222tana=2tanα,∴tanα=0,即α=kπ(k∈Z). 21?tana解答：①—⑧（略）

（三）应用示例

思路1

例1 已知sin2α=

5??,<α<,求sin4α,cos4α,tan4α的值. 1342 活动：教师引导学生分析题目中角的关系,观察所给条件与结论的结构,注意二倍角公式的选用,领悟“倍

角”是相对的这一换元思想.让学生体会“倍”的深刻含义,它是描述两个数量之间关系的.本题中的已知条件给出了2α的正弦值.由于4α是2α的二倍角,因此可以考虑用倍角公式.本例是直接应用二倍角公式解题,目的是为了让学生初步熟悉二倍角的应用,理解二倍角的相对性,教师大胆放手,可让学生自己独立探究完成.

???<α<,得<2α<π. 4225又∵sin2α=,

13解:由

∴cos2α=?1?sin22a=?1?(5212)??. 1313120512×(?)=?;

16913131195cos4α=cos[2×(2α)]=1-2sin22α=1-2×()2=;

13129sin4a120169120tan4α==(-)×=?.

cos4a169119119

于是sin4α=sin[2×(2α)]=2sin2αcos2α=2×

点评：学生由问题中条件与结论的结构不难想象出解法,但要提醒学生注意,在解题时注意优化问题的

解答过程,使问题的解答简捷、巧妙、规范,并达到熟练掌握的程度.本节公式的基本应用是高考的热点.

变式训练 1.不查表,求值

解:原式=(sin15?cos15)???2sin215??2sin15??cos215??6 2 点评：本题在两角和与差的学习中已经解决过,现用二倍角公式给出另外的解法,让学生体会它们之间的联系,体会数学变化的魅力. 2.(2007年高考海南卷,9) 若

cos2asin(a??4??)2,则cosα+sinα的值为2

A.?1177 B.? C. D.

2222答案:C

3.(2007年高考重庆卷,6) 下列各式中,值为

3的是( ) 2

A.2sin15°-cos15° B.cos215°-sin215° C.2sin215°-1 D.sin215°+cos2答案:B 例2 证明

1?sin2??cos2?=tanθ.

1?sin2??cos2? 活动：先让学生思考一会,鼓励学生充分发挥聪明才智,战胜它,并力争一题多解.教师可点拨学生想一想,到现在为止,所学的证明三角恒等式的方法大致有几种：从复杂一端化向简单一端；两边化简,中间碰头；化切为弦；还可以利用分析综合法解决,有时几种方法会同时使用等.对找不到思考方向的学生,教师点出：可否再添加一种,化倍角为单角？这可否成为证明三角恒等式的一种方法？再适时引导,前面学习同角三角函数的基本关系时曾用到“1”的代换,对“1”的妙用大家深有体会,这里可否在“1”上做做文章？

待学生探究解决方法后,可找几个学生到黑板书写解答过程,以便对照点评及给学生以启发.点评时对能够善于运用所学的新知识解决问题的学生给予赞扬；对暂时找不到思路的学生给予点拨、鼓励.强调“1”的妙用很妙,妙在它在三角恒等式中一旦出现,在证明过程中就会起到至关重要的作用,在今后的证题中,万万不要忽视它. 证明:方法一:

sin2??(1?cos2?)2sin?cos??(1?1?2cos2?)左= ?2sin2?(1?cos2?)2sin?cos??(1?2cos??1)sin?cos??1?cos2?= 2sin?cos??cos?sin?cos??sin2?= sin?cos??cos2?sin?(cos??sin?)=tanθ=右.

cos?(sin??cos?)所以,原式成立. 方法二:

sin2??cos2??sin2??sin2??cos2?sin2??2sin2?左= ?22222sin??cos??sin2??cos??sin?sin2??2cos?=

2sin?(sin??cos?)=tanθ=右.

2cos?(sin??cos?)方法三:

(1?sin2?)?cos2?(sin2??cos2??2sin??cos?)?(cos2??sin2?)左= ?(1?sin2?)?cos2?(sin2??cos2??2sin??cos?)?(cos2??sin2?)(sin??cos?)2?(cos??sin?)(cos??sin?)= 2(sin??cos?)?(cos??sin?)(cos??sin?)=

(sin??cos?)(sin??cos??sin??cos?)

(sin??cos?)(sin??cos??cos??sin?)(sin??cos?)?2sin?=tanθ=右.

(sin??cos?)?2cos?=

点评：以上几种方法大致遵循以下规律：首先从复杂端化向简单端；第二,化倍角为单角,这是我们今天刚刚学习的；第三,证题中注意对数字的处理,尤其“1”的代换的妙用,请同学们在探究中仔细体会这点.在这道题中通常用的几种方法都用到了,不论用哪一种方法,都要思路清晰,书写规范才是.

思路2

例1 求sin10°sin30°sin50°sin70°的值.

活动：本例是一道灵活应用二倍角公式的经典例题,有一定难度,但也是训练学生思维能力的一道好题.本题需要公式的逆用,逆用公式的先决条件是认识公式的本质,要善于把表象的东西拿开,正确捕捉公式的本质属性,以便合理运用公式.教学中教师可让学生充分进行讨论探究,不要轻易告诉学生解法,可适时点拨学生需要做怎样的变化,又需怎样应用二倍角公式.并点拨学生结合诱导公式思考.学生经过探索发现,如果用诱导公式把10°,30°,50°,70°正弦的积化为20°,40°,60°,80°余弦的积,其中60°是特殊角,很容易发现40°是20°的2倍,80°是40°的2倍,故可考虑逆用二倍角公式.

解:原式=cos80°cos60°cos40°cos20°

23?sin20?cos20?cos40?cos80?=

23?2sin20?sin160?sin20?1??= ?16sin20?16sin2016. 点评：二倍角公式是中学数学中的重要知识点之一,又是解答许多数学问题的重要模型和工具,具有灵活多变,技巧性强的特点,要注意在训练中细心体会其变化规律.

例2 在△ABC中,cosA=

4,tanB=2,求tan(2A+2B)的值. 5 活动：这是本节课本上最后一个例题,结合三角形,具有一定的综合性,同时也是和与差公式的应用问题.教师可引导学生注意在三角形的背景下研究问题,会带来一些隐含的条件,如A+B+C=π,0

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