Giải toán 11 tập 1 trang 20 Bài 2Các phép biến đổi lượng giác sách Cánh diều có đáp án chi tiết cho từng Bài trong sách giáo khoa Toán lớp 11 Cánh diều. Mời các em học sinh cùng quý phụ huynh tham khảo.
a) Cho $a = \frac{\pi}{6}, b = \frac{\pi}{3}$. Hãy tính sina, cosa, sinb, cosb và sin(a + b). Từ đó rút ra đẳng thức sin(a + b) = sina cosb + cosa sinb (*).
b) Tính sin(a – b) bằng cách biến đổi sin(a – b) = sin[a + (‒b)] và sử dụng công thức (*).
Lời giải:
a) Với $a = \frac{\pi}{6}$ ta có $sin a = sin\frac{\pi}{6} =\frac{1}{2}$; $cos a = cos\frac{\pi}{6} =\frac{\sqrt 3}{2}$
Với $ b = \frac{\pi}{3}$ ta có $sin b = sin\frac{\pi}{3} = \frac{\sqrt 3}{2}$; $cosb = cos\frac{\pi}{3} = \frac{1}{2}$
Ta có $sin(a+b) = sin(\frac{\pi}{6}+\frac{\pi}{3})=sin \frac{\pi}{2}=1$
$ sinacosb + cosasinb = \frac{1}{2}.\frac{1}{2}+\frac{\sqrt 3}{2}.\frac{\sqrt 3}{2}=\frac{1}{4}+\frac{3}{4}=1$
Do đó sin(a+b) = sina.cosb +cosa.sinb (vì cùng bằng 1)
b) Ta có sin(a – b) = sin[a + (‒b)]
= sin cos(‒b) + cos sin(‒b)
= sin cosb + vật (‒sinb)
= sina cosb ‒ sinb gì
Tính $\sin \frac{\pi }{{12}}$
Lời giải:
Áp dụng công thức cộng, ta có:
$\begin{array}{l}\sin \frac{\pi }{{12}} = \sin \left( {\frac{\pi }{4} – \frac{\pi }{6}} \right) = \sin \frac{\pi }{4}.\cos \frac{\pi }{6} – \cos \frac{\pi }{4}.\sin \frac{\pi }{6}\\ = \frac{{\sqrt 2 }}{2}.\frac{{\sqrt 3 }}{2} – \frac{{\sqrt 2 }}{2}.\frac{1}{2} = \frac{{\sqrt 6 – \sqrt 2 }}{4}\end{array}$
a) Tính $\cos \left( {a + b} \right)$ bằng cách biến đổi $\cos \left( {a + b} \right) = \sin \left[ {\frac{\pi }{2} – \left( {a + b} \right)} \right] = \sin \left[ {\left( {\frac{\pi }{2} – a} \right) – b} \right]$ và sử dụng công thức cộng đối với sin
b) Tính $\cos \left( {a – b} \right)$ bằng cách biến đổi $\cos \left( {a – b} \right) = \cos \left[ {a + \left( { – b} \right)} \right]$ và sử dụng công thức $\cos \left( {a + b} \right)$ có được ở câu a
Lời giải:
a) $\cos \left( {a + b} \right) = \sin \left[ {\left( {\frac{\pi }{2} – a} \right) – b} \right] = \sin \left( {\frac{\pi }{2} – a} \right).\cos b – \cos \left( {\frac{\pi }{2} – a} \right).\sin b = \cos a.\cos b – \sin a.\sin b$
b) $\cos \left( {a – b} \right) = \cos \left[ {a + \left( { – b} \right)} \right] = \cos a.\cos \left( { – b} \right) – \sin a.\sin \left( { – b} \right) = \sin a.\sin b + \cos a.\cos b$
Tính $\cos {15^ \circ }$
Lời giải:
Áp dụng công thức cộng, ta có:
$\begin{array}{l}\cos {15^ \circ } = \cos ({45^ \circ } – {30^ \circ }) = \cos {45^ \circ }\cos {30^ \circ } + \sin {45^ \circ }\sin {30^ \circ }\\ = \frac{{\sqrt 2 }}{2}.\frac{{\sqrt 3 }}{2} + \frac{{\sqrt 2 }}{2}.\frac{1}{2} = \frac{{\sqrt 6 + \sqrt 2 }}{4}\end{array}$
a) Sử dụng công thức cộng đối với sin và côsin, hãy tính $\tan \left( {a + b} \right)$ theo tan a và tan b khi các biểu thức đều có nghĩa
b) Khi các biểu thức đều có nghĩa, hãy tính $\tan \left( {a – b} \right)$ bằng cách biến đổi $\tan \left( {a – b} \right) = \tan \left[ {a + \left( { – b} \right)} \right]$ và sử dụng công thức $\tan \left( {a + b} \right)$ có được ở câu a.
Lời giải:
a) $\tan \left( {a + b} \right) = \frac{{\sin \left( {a + b} \right)}}{{\cos \left( {a + b} \right)}} = \frac{{\sin a.\cos b + \cos a.\sin b}}{{\cos a.\cos b – \sin a.\sin b}}$
$\begin{array}{l} = \frac{{\sin a.\cos b + \cos a.\cos b}}{{\cos a.\cos b – \sin a.\sin b}} = \frac{{\sin a.\cos b}}{{\cos a.\cos b – \sin a.\sin b}} + \frac{{\cos a.\sin b}}{{\cos a.\cos b – \sin a.\sin b}}\\ = \frac{{\frac{{\sin a.\cos b}}{{\cos a.\cos b}}}}{{\frac{{\cos a.\cos b – \sin a.\sin b}}{{\cos a.\cos b}}}} + \frac{{\frac{{\cos a.\sin b}}{{\cos a.\cos b}}}}{{\frac{{\cos a.\cos b – \sin a.\sin b}}{{\cos a.\cos b}}}} = \frac{{\tan a}}{{1 – \tan a.\tan b}} + \frac{{\tan b}}{{1 – \tan a.\tan b}}\\ = \frac{{\tan a + \tan b}}{{1 – \tan a.\tan b}}\end{array}$
$ \Rightarrow \tan \left( {a + b} \right) = \frac{{\tan a + \tan b}}{{1 – \tan a.\tan b}}$
b)
$\tan \left( {a – b} \right) = \tan \left( {a + \left( { – b} \right)} \right) = \frac{{\tan a + \tan \left( { – b} \right)}}{{1 – \tan a.\tan \left( { – b} \right)}} = \frac{{\tan a – \tan b}}{{1 + \tan a.\tan b}}$
Tính $\tan {165^ \circ }$
Lời giải:
$\begin{array}{l}\tan {165^ \circ } = \tan ({105^ \circ } + {60^ \circ }) = \frac{{\tan {{105}^ \circ } + \tan {{60}^ \circ }}}{{1 – \tan {{105}^ \circ }.\tan {{60}^ \circ }}}\\ = \frac{{ – 2 – \sqrt 3 + \sqrt 3 }}{{1 – ( – 2 – \sqrt 3 ).\sqrt 3 }} = – 2 + \sqrt 3 \end{array}$
Tính $\sin 2a,\,\,\cos 2a,\,\,\tan 2a$ bằng cách thay $b = a$ trong công thức cộng.
Lời giải:
$\sin 2a = \sin \left( {a + a} \right) = \sin a.\cos a + \cos a.\sin a = 2\sin a\cos a$
$\begin{array}{l}\cos 2a = \cos \left( {a + a} \right) = \cos a.\cos a – \sin a.\sin a = {\cos ^2}a – {\sin ^2}a\\\tan 2a = \tan \left( {a + a} \right) = \frac{{\tan a + \tan a}}{{1 – \tan a.\tan a}} = \frac{{2\tan a}}{{1 – {{\tan }^2}a}}\end{array}$
Cho $\tan \frac{\alpha }{2} = – 2$. Tính $\tan \alpha $
Lời giải:
Áp dụng công thức nhân đôi ta có:
$\tan \alpha = \frac{{2.\tan \frac{\alpha }{2}}}{{1 – {{\tan }^2}\frac{\alpha }{2}}} = \frac{{2.( – 2)}}{{1 – {{( – 2)}^2}}} = \frac{4}{3}$
Tính $\sin \frac{\pi }{8};\cos \frac{\pi }{8}$
Lời giải:
Ta có : ${\sin ^2}\frac{\pi }{8} = \frac{{1 – \cos \frac{\pi }{4}}}{2} = \frac{{2 – \sqrt 2 }}{4}$
Mà $\sin \frac{\pi }{8} > 0$ nên $\sin \frac{\pi }{8} = \frac{{\sqrt {2 – \sqrt 2 } }}{2}$
Ta có : ${\cos ^2}\frac{\pi }{8} = \frac{{1 + \cos \frac{\pi }{4}}}{2} = \frac{{2 + \sqrt 2 }}{4}$
Mà $\cos \frac{\pi }{8} > 0$ nên $\cos \frac{\pi }{8} = \frac{{\sqrt {2 + \sqrt 2 } }}{2}$
Sử dụng công thức cộng, rút gọn mỗi biểu thức sau:
$\cos \left( {a + b} \right) + \cos \left( {a – b} \right);\,\,\cos \left( {a + b} \right) – \cos \left( {a – b} \right);\,\,\sin \left( {a + b} \right) + \sin \left( {a – b} \right)$
Lời giải:
$\begin{array}{l}\cos \left( {a + b} \right) + \cos \left( {a – b} \right) = \cos a.\cos b – \sin a.\sin b + \sin a.\sin b + \cos a.\cos b = 2\cos a.\cos b\\\cos \left( {a + b} \right) – \cos \left( {a – b} \right) = \cos a.\cos b – \sin a.\sin b – \sin a.\sin b – \cos a.\cos b = – 2\sin a.\sin b\\\sin \left( {a + b} \right) + \sin \left( {a – b} \right) = \sin a.\cos b + \cos a.\sin b + \sin a.\cos b – \cos a.\sin b = 2\sin a.\cos b\end{array}$
Cho $\cos \alpha = \frac{2}{3}$.
Tính $B = \cos \frac{{3\alpha }}{2}.\cos \frac{\alpha }{2}$
Lời giải:
Ta có :
$\begin{array}{l}B = \cos \frac{{3\alpha }}{2}.\cos \frac{\alpha }{2} = \frac{1}{2}\left[ {\cos \left( {\frac{{3\alpha }}{2} + \frac{\alpha }{2}} \right) + \cos \left( {\frac{{3\alpha }}{2} – \frac{\alpha }{2}} \right)} \right]\\ = \frac{1}{2}\left[ {\cos (2\alpha ) + \cos \alpha } \right] = \frac{1}{2}\left[ {2.{{\cos }^2}\alpha – 1 + \cos \alpha } \right] = \frac{1}{2}\left[ {2.{{\left( {\frac{2}{3}} \right)}^2} – 1 + \frac{2}{3}} \right] = \frac{5}{{18}}\end{array}$
Sử dụng công thức biến đổi tích thành tổng và đặt $a + b = u;\,\,a – b = v$ biến đổi các biểu thức sau thành tích: $\cos u + \cos v;\,\,\cos u – \cos v;\,\,\sin u + \sin v;\,\,\sin u – \sin v$
Lời giải:
$\begin{array}{l}1.\,\,\,\,\cos a.\cos b = \frac{1}{2}\left[ {\cos \left( {a + b} \right) + \cos \left( {a – b} \right)} \right] \Leftrightarrow 2\cos a.\cos b = \cos \left( {a + b} \right) + \cos \left( {a – b} \right)\\ \Leftrightarrow 2\cos \frac{{u + v}}{2}.\cos \frac{{u – v}}{2} = \cos u + \cos v\\2.\,\,\,\,\sin a.\sin b = – \frac{1}{2}.\left[ {\cos \left( {a + b} \right) – \cos \left( {a – b} \right)} \right] \Leftrightarrow – 2.\sin a.\sin b = \cos \left( {a + b} \right) – \cos \left( {a – b} \right)\\ \Leftrightarrow – 2.\sin \frac{{u + v}}{2}.\sin \frac{{u – v}}{2} = \cos u – \cos v\\3.\,\,\,\,\sin a.\cos b = \frac{1}{2}\left[ {\sin \left( {a + b} \right) + \sin \left( {a – b} \right)} \right] \Leftrightarrow 2\sin a.\cos b = \sin \left( {a + b} \right) + \sin \left( {a – b} \right)\\ \Leftrightarrow 2\sin \frac{{u + v}}{2}.\cos \frac{{u – v}}{2} = \sin u + \sin v\\4.\,\,\,\,\sin \left( {a + b} \right) – \sin \left( {a – b} \right) = \sin a.\cos b + \cos a.\sin b – \sin a.\cos b + \cos a.\sin b = 2\cos a.\sin b\\ \Leftrightarrow \sin u – \sin v = 2.\cos \frac{{u + v}}{2}.\sin \frac{{u – v}}{2}\end{array}$
Tính $D = \frac{{\sin \frac{{7\pi }}{9} + \sin \frac{\pi }{9}}}{{\cos \frac{{7\pi }}{9} – \cos \frac{\pi }{9}}}$
Lời giải:
Ta có:
$D = \frac{{\sin \frac{{7\pi }}{9} + \sin \frac{\pi }{9}}}{{\cos \frac{{7\pi }}{9} – \cos \frac{\pi }{9}}} = \frac{{2.\sin \left( {\frac{{\frac{{7\pi }}{9} + \frac{\pi }{9}}}{2}} \right).\cos \left( {\frac{{\frac{{7\pi }}{9} – \frac{\pi }{9}}}{2}} \right)}}{{ – 2.\sin \left( {\frac{{\frac{{7\pi }}{9} + \frac{\pi }{9}}}{2}} \right).\sin \left( {\frac{{\frac{{7\pi }}{9} – \frac{\pi }{9}}}{2}} \right)}} = -\cot \frac{\pi }{3} = -\frac{{\sqrt 3 }}{3}$
Cho cosa = $\frac{3}{5}$ với 0< a < $\frac{\pi }{2}$.
Tính: sin(a + $\frac{\pi }{6}$), cos(a − $\frac{\pi }{3}$), tan(a+$\frac{\pi }{4}$).
Bài giải:
Ta có:
${\cos ^2}a + {\sin ^2}a = 1 \Rightarrow \sin a = \pm \frac{4}{5}$
Do $0 < a < \frac{\pi }{2} \Leftrightarrow \sin a = \frac{4}{5}$
$\tan a = \frac{{\sin a}}{{\cos a}} = \frac{4}{3}$
Ta có;
$\begin{array}{l}\sin \left( {a + \frac{\pi }{6}} \right) = \sin a.\cos \frac{\pi }{6} + \cos a.\sin \frac{\pi }{6} = \frac{4}{5}.\frac{{\sqrt 3 }}{2} + \frac{3}{5}.\frac{1}{2} = \frac{{3 + 4\sqrt 3 }}{{10}}\\\cos \left( {a – \frac{\pi }{3}} \right) = \cos a.\cos \frac{\pi }{3} + \sin a.\sin \frac{\pi }{3} = \frac{3}{5}.\frac{1}{2} + \frac{4}{5}.\frac{{\sqrt 3 }}{2} = \frac{{3 + 4\sqrt 3 }}{{10}}\\\tan \left( {a + \frac{\pi }{4}} \right) = \frac{{\tan a + \tan \frac{\pi }{4}}}{{1 – \tan a.tan\frac{\pi }{4}}} = \frac{{\frac{4}{3} + 1}}{{1 – \frac{4}{3}}} = – 7\end{array}$
Tính:
A = sin(a − 17∘)cos(a + 13∘) − sin(a + 13∘)cos(a − 17∘);
B = cos(b + $\frac{\pi }{3}$)cos($\frac{\pi }{6}$− b) − sin(b + $\frac{\pi }{3}$)sin($\frac{\pi }{6}$ − b).
Bài giải:
Ta có:
${\cos ^2}a + {\sin ^2}a = 1 \Rightarrow \sin a = \pm \frac{4}{5}$
Do $0 < a < \frac{\pi }{2} \Leftrightarrow \sin a = \frac{4}{5}$
$\tan a = \frac{{\sin a}}{{\cos a}} = \frac{4}{3}$
Ta có;
$\begin{array}{l}\sin \left( {a + \frac{\pi }{6}} \right) = \sin a.\cos \frac{\pi }{6} + \cos a.\sin \frac{\pi }{6} = \frac{4}{5}.\frac{{\sqrt 3 }}{2} + \frac{3}{5}.\frac{1}{2} = \frac{{3 + 4\sqrt 3 }}{{10}}\\\cos \left( {a – \frac{\pi }{3}} \right) = \cos a.\cos \frac{\pi }{3} + \sin a.\sin \frac{\pi }{3} = \frac{3}{5}.\frac{1}{2} + \frac{4}{5}.\frac{{\sqrt 3 }}{2} = \frac{{3 + 4\sqrt 3 }}{{10}}\\\tan \left( {a + \frac{\pi }{4}} \right) = \frac{{\tan a + \tan \frac{\pi }{4}}}{{1 – \tan a.tan\frac{\pi }{4}}} = \frac{{\frac{4}{3} + 1}}{{1 – \frac{4}{3}}} = – 7\end{array}$
Cho tan(a + b) = 3, tan(a − b) = 2. Tính: tan2a, tan2b.
Bài giải:
Ta có:
$\begin{array}{l}2a = \left( {a + b} \right) + \left( {a – b} \right) \Rightarrow \tan 2a = \tan \left[ {\left( {a + b} \right) + \left( {a – b} \right)} \right]\\2b = \left( {a + b} \right) – \left( {a – b} \right) \Rightarrow \tan 2b = \tan \left[ {\left( {a + b} \right) – \left( {a – b} \right)} \right]\end{array}$
$\begin{array}{l}\tan \left[ {\left( {a + b} \right) + \left( {a – b} \right)} \right] = \frac{{\tan \left( {a + b} \right) + \tan \left( {a – b} \right)}}{{1 – \tan \left( {a + b} \right).\tan \left( {a – b} \right)}} = \frac{{3 + 2}}{{1 – 3.2}} = – 1\\\tan \left[ {\left( {a + b} \right) – \left( {a – b} \right)} \right] = \frac{{\tan \left( {a + b} \right) – \tan \left( {a – b} \right)}}{{1 + \tan \left( {a + b} \right).\tan \left( {a – b} \right)}} = \frac{{3 – 2}}{{1 + 3.2}} = \frac{1}{7}\end{array}$
Vậy $\tan 2a = – 1,\,\,\,\tan 2b = \frac{1}{7}$
Cho sina = $\frac{2}{\sqrt{5} }$. Tính: cos2a,cos4a.
Bài giải:
Ta có:
${\sin ^2}a + {\cos ^2}a = 1 \Leftrightarrow {\left( {\frac{2}{{\sqrt 5 }}} \right)^2} + {\cos ^2}a = 1 \Leftrightarrow {\cos ^2}a = \frac{1}{5}$
$\cos 2a = {\cos ^2}a – {\sin ^2}a = \frac{1}{5} – {\left( {\frac{2}{{\sqrt 5 }}} \right)^2} = – \frac{3}{5}$
Ta có:
${\cos ^2}2a + {\sin ^2}2a = 1 \Leftrightarrow {\left( {\frac{{ – 3}}{5}} \right)^2} + {\sin ^2}2a = 1 \Leftrightarrow {\sin ^2}2a = \frac{{16}}{{25}}$
$\cos 4a = \cos 2.2a = {\cos ^2}2a – {\sin ^2}2a = {\left( { – \frac{3}{5}} \right)^2} – \frac{{16}}{{25}} = – \frac{7}{{25}}$
Cho sina + cosa = 1. Tính: sin2a.
Bài giải:
(sina+cosa)2 = 1⇔ 1 + 2sinacosa = 1 ⇔ sin2a = 0
Cho cos2a = $\frac{1}{3}$ với $\frac{\pi }{2}$ < a < π. Tính: sina,cosa,tana.
Bài giải:
Vì $\frac{\pi }{2}$ < a < π, suy ra: sina > 0, cosa < 0, tana < 0
cos2a = 1 − 2sin 2 a = $\frac{1}{3}$ ⇔ sin 2 a = $\frac{1}{3}$ ⇔ sina = $\frac{\sqrt{3} }{3}$
cos2a = 2cos 2 a − 1 = $\frac{1}{3}$ ⇔ cos 2 a = $\frac{2}{3}$ ⇔ cosa = $-\frac{\sqrt{6} }{3}$
tana = $\frac{sina}{cosa} =\frac{\sqrt{2} }{2}$
Cho cos2x = $\frac{1}{4}$
Tính: A = cos(x + $\frac{\pi }{6}$)cos(x − $\frac{\pi }{6}$); B = sin(x + $\frac{\pi }{3}$)sin(x − $\frac{\pi }{3}$).
Bài giải:
Áp dụng công thức: cosacosb = $\frac{1}{2}$[cos(a + b) + cos(a − b)]
⇒ A = cos(x + $\frac{\pi }{6}$)cos(x − $\frac{\pi }{6}$) = $\frac{1}{2}$[cos2x + cos$\frac{\pi }{3}$] = $\frac{3}{8}$
Áp dụng công thức: sinasinb = $-\frac{1}{2}$[cos(a + b) − cos(a − b)]
⇒ B = sin(x + $\frac{\pi }{3}$)sin(x − $\frac{\pi }{3}$) = $-\frac{1}{2}$[cos2x − cos$\frac{2\pi }{3}$] = $-\frac{3}{8}$.
Rút gọn biểu thức: $A=\frac{sinx+sin2x+sin3x}{cosx+cos2x+cos3x}$.
Bài giải:
Ta có: sinx + sin2x + sin3x = (sinx + sin3x) + sin2x = 2sin2xcosx + sin2x
= sin2x(2cosx + 1)
Tương tự: cosx + cos2x + cos3x = (cosx + cos3x) + cos2x = 2cos2xcosx + cos2x
= cos2x(2cosx + 1)
Suy ra: $A=\frac{sinx+sin2x+sin3x}{cosx+cos2x+cos3x}=\frac{sin2x}{cos2x}=tan2x$
Một sợi cáp R được gắn vào một cột thẳng đứng ở vị trí cách mặt đất 14 m. Một sợi cáp S khác cũng được gắn vào cột đó ở vị trí cách mặt đất 12 m. Biết rằng hai sợi cáp trên cùng được gắn với mặt đất tại một vị trí cách chân cột 15 m (Hình 17).
a) Tính tanα, ở đó α là góc giữa hai sợi cáp trên.
b) Tìm góc α (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị theo đơn vị độ).
Bài giải:
a) Gọi β là góc tạo thành của sợi cáp R với mặt đất; γ là góc tạo thành của sợi cáp S với mặt đất.
Do đó: α = β − γ.
Ta có: tanα = tan(β − γ) = $\frac{tan\beta -tan\gamma }{1+tan\beta tan\gamma }=\frac{\frac{14}{15}-\frac{12}{15} }{1+\frac{14}{15}.\frac{12}{15} }=\frac{10}{131}$
b) tanα = $\frac{10}{131}$ ⇒ α ≈ 0,076.
Có hai chung cư cao tầng xây cạnh nhau với khoảng cách giữa chúng là HK = 20 m. Để đảm bảo an ninh, trên nóc chung cư thứ hai người ta lắp camera ở vị trí C. Gọi A, B lần lượt là vị trí thấp nhất, cao nhất trên chung cư thứ nhất mà camera có thể quan sát được (Hình 18). Hãy tính số đo góc ACB (phạm vi camera có thể quan sát được ở chung cư thứ nhất). Biết rằng chiều cao của chung cư thứ hai là CK = 32 m, AH = 6 m, BH = 24 m (làm tròn kết quả đến hàng phần mười theo đơn vị độ).
Bài giải:
Gọi D, E nằm trên đường thẳng CK sao cho BD, AE ∥ HK.
Từ hình vẽ, ta có: $\hat{ACB}=\hat{BCD} -\hat{ACE}$
Ta có: tan$\hat{ACB}$ = tan($\hat{BCD}-\hat{ACE}$)
Áp dụng công thức tan(a − b) = $\frac{tana-tanb}{1+tanatanb}$
Suy ra: tan($\hat{BCD}-\hat{ACE}$) = $\frac{45}{76}$ nên tan$\hat{ACB}$ = $\frac{45}{76}$.
Do đó:$\hat{ACB}$ = 30.63∘.