恒等式对每个角度都成立,所以可以用一边去替换另一边,把式子变简单。最有用的一条是 sin²θ + cos²θ = 1。
这一课属于三角函数单元。后面的指定区间内的方程,也要靠这里学到的改写。
需要记住哪些恒等式?
| 恒等式 | 用途 |
|---|---|
| sin²θ + cos²θ = 1 | 把 sin² 换成 1 − cos²,或把 cos² 换成 1 − sin² |
| tan θ = sin θ ÷ cos θ | 把 tan 化成 sin 和 cos |
| 1 + tan²θ = sec²θ | 化简含 sec 或 tan 的式子 |
| 1 + cot²θ = cosec²θ | 化简含 cosec 或 cot 的式子 |
后面两条都来自第一条。把 sin²θ + cos²θ = 1 两边除以 cos²θ,就得到 tan²θ + 1 = sec²θ。
应该先试什么?
大多数题目都适用下面三步。
- 把所有函数都写成 sin 和 cos。
- 找公因式,或者找公分母。
- 用 sin²θ + cos²θ = 1 替换 sin² 或 cos²,而且只约掉共有的因子。
例题一:单个分数
化简 (1 − cos²θ) ÷ (sin θ cos θ)。
把 1 − cos²θ 换成 sin²θ,分数变成 sin²θ ÷ (sin θ cos θ)。sin θ 是整个分子和整个分母共有的因子,约掉后得到 sin θ ÷ cos θ = tan θ。
例题二:两个分数相加
化简 sin θ ÷ (1 + cos θ) + (1 + cos θ) ÷ sin θ。
用公分母 sin θ(1 + cos θ):
[sin²θ + (1 + cos θ)²] ÷ [sin θ(1 + cos θ)]
展开括号:sin²θ + 1 + 2cos θ + cos²θ。因为 sin²θ + cos²θ = 1,分子变成 2 + 2cos θ = 2(1 + cos θ)。
分数是 2(1 + cos θ) ÷ [sin θ(1 + cos θ)]。(1 + cos θ) 是整个分子和分母共有的因子,所以结果是 2 ÷ sin θ = 2 cosec θ。
用 θ = 90° 检验:原式是 1 ÷ 1 + 1 ÷ 1 = 2,而 2 cosec 90° = 2,吻合。
会丢分的错误
常见的失误是把和里面的一项约掉。看 (1 + cos θ) ÷ cos θ,有人把 cos θ 上下约去写成 1,但 cos θ 只是分子的一部分。
| 步骤 | 错误 | 正确 |
|---|---|---|
| 式子 | (1 + cos θ) ÷ cos θ | (1 + cos θ) ÷ cos θ |
| 约分 | 上下的 cos θ 约掉,得 1 | 拆开:1 ÷ cos θ + cos θ ÷ cos θ |
| 结果 | 1 | sec θ + 1 |
代入检验:θ = 60° 时,(1 + 0.5) ÷ 0.5 = 3,而 sec 60° + 1 = 2 + 1 = 3,错误的答案 1 对不上。代一个数值,就能抓到这类失误。
自我检查
化简 (cosec²θ − 1) tan²θ。
答案
用 1 + cot²θ = cosec²θ,得 cosec²θ − 1 = cot²θ。
于是 cot²θ × tan²θ = (1 ÷ tan²θ) × tan²θ = 1。
用 θ = 45° 检验:cosec²45° = 2,所以 (2 − 1) × 1 = 1。
接下来学什么
恒等式放进方程里才真正发挥威力。接着读解指定区间内的三角方程,再用三角函数练习题测试整个单元。
想让老师陪你做恒等式的题目,可以看线上一对一附加数学补习。