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2-1 銳角的三角函數 例題

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Academic year: 2022

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(1)

1 1 2 13 1

2-1 銳角的三角函數

例題 1

如右圖,△ABC 為直角三角形,∠C=90°,∠A=θ,又 ¯¯

AB=17,

BC=8,求 θ 的六個三角函數值‧

¯¯

:由畢氏定理知

¯¯

AC= 172-82 =15

∴sinθ=

¯¯

BC

¯¯

AB = 8

17 ,cosθ=AC

¯¯

¯¯

AB = 15 17 tanθ=

¯¯

BC

¯¯

AC = 8

15 ,cotθ=

¯¯

AC BC

¯¯

= 15

8 secθ=

¯¯

AB

¯¯

AC = 17

15 ,cscθ=

¯¯

AB

¯¯

BC = 17 8 例題 2

試求下列各式之值:

( )1 sin45°cos60°+cos45°sin30°‧

( )2 tan60°+cot45°

tan45°-cot30° ‧

( )3 sin30°cot45°sec60°+cos30°tan45°csc60°‧

( )1 原式= 2 2 × 1

2+ 2 2 × 1

2= 2 2 ( )2 原式= 3 +1

1- 3 =( 3 +1)(1+ 3 )

(1- 3 )(1+ 3 )= 4+2 3

-2 =-2- 3 ( )3 原式= 1

2×1×2+ 3 2 ×1× 2

3 =1+1=2

例題 3

在直角三角形 ABC 中,∠C=90°,∠A=θ,又 ¯¯

AB=15,若 sinθ=

4 5 , 則

BC= ,¯¯

¯¯

AC= ‧

∵sinθ=

¯¯

BC

¯¯

AB

¯¯

BC

15 ,∴ BC=15 sinθ=15×

¯¯

4 5=12

¯¯

AC= 152-122 =9

(2)

11 2 13 1

例題 4

如右圖,在長方形 ABCD 中,¯¯

AB=6,¯¯AD=10,若點 P 在 ¯¯AD 上

移動,但 P 點異於 A,D 兩點,則 tanα+tanβ= ‧

:設

¯¯

AP=x PD=10-x

¯¯

故 tanα+tanβ=

¯¯

AP

¯¯

AB PD

¯¯

CD

¯¯

x

6+ 10-x 6 = 10

6 = 5 3

例題 5

如右圖,在△ABC 中,¯¯

AD⊥¯¯BC,若 ¯¯AB=25,sinB=

3

5 , tanC= 15

8 , 則:

( )1

¯¯

AD= ‧

( )2

¯¯

BD= ‧ ( )3

¯¯

AC= ‧

( )4 CD= ‧

¯¯

( )1 ( )2 在直角△ABD 中 ∵

¯¯

AB=25,sinB= 3 5 又 sin AD

B= ABAD=

¯¯ ¯¯

AB.sinB=25× 3

5=15 BD= 25

¯¯

2-152 =20 ( )3 ( )4 在直角△ ACD 中 ∵ AD=15,tanC=

¯¯

15

8 又 tanC=AD

¯¯

CD

¯¯

= 15

CD

¯¯

CD=8

¯¯ ¯¯

AC= 82+152 =17

例題 6

設∠A 為銳角,且 4 cos

2A-12 cosA+5=0,則:

( )1 ∠A= ‧ ( )2 cot A+cscA= ‧

: ( )1 4 cos2A-12 cosA+5=0 (2 cosA-5)(2 cosA-1)=0 cosA= 5

2 (不合)或 cosA= 1

2 ∴∠A=60°

( )2 cot A+cscA=cot60°+csc60°= 1 3 + 2

3 = 3

3 = 3

例題 7

如右圖,設△ABC 的三頂點 A,B,C 所對的邊長分別為 a,

b,c,¯¯BC 邊上的高為 ¯¯AH 且∠B 與∠C 皆為銳角,則 ¯¯AH 之

長為(複選)

(3)

1 1 2 13 1 ( )A a sinA ( ) B b sinB ( )C c sinC ( )D b sinC ( )E c sinB

在直角三角形 ABH 中,sinB=

¯¯

AH

c

¯¯

AH=c sinB 在直角三角形 ACH 中,sinC=

¯¯

AH

b

¯¯

AH=b sinC 故選 ( )D ( )E 例題 8

我們可以依如下的方法作出 15°角的三角函數值,先作 一個 30°-60°-90°的直角△ABC,如右圖所示,延長

¯¯

CA

並在 →

CA

上取

AD=

¯¯ ¯¯

AB,

連接

BD,

¯¯ 則

∠D=15°,

求:

( )1 sin15°= ‧ ( )2 cos15°= ‧ ( )3 tan15°= ‧

:在△ ABC 中,設

¯¯

BC=1,則

¯¯

AC= 3 ,

¯¯

AB=2=

¯¯

AD⇒ ∠ = ∠D ADB= ° 15 BD= 1

¯¯

2+(2+ 3 )2 = 8+4 3 = 8+2 12 = 6 + 2

( )1 sin15°=

¯¯

BC

BD

¯¯

= 1

6 + 2 = 6 - 2 4 ( )2 cos15°=CD

¯¯

BD

¯¯

= 2+ 3

6 + 2 = 6 + 2 4 ( )3 tan15°=BC

¯¯

¯¯

CD= 1

2+ 3 =2- 3

(4)

12 2 23 1

2-2 三角函數的基本關係

例題 1

θ 為銳角,試化簡下列各式:

( )1 1

1+sinθ + 1

1+cosθ + 1

1+secθ + 1 1+cscθ ‧ ( )2 sinθ.cosθ.tanθ.cotθ.secθ.cscθ‧

( )1 原式= 1

1+sinθ + 1

1+cosθ + 1 1+ 1

cosθ

+ 1

1+ 1 sinθ

= 1

1+sinθ + 1

1+cosθ + cosθ

1+cosθ + sinθ

1+sinθ = 1+sinθ

1+sinθ + 1+cosθ 1+cosθ =2 ( )2 原式=(sinθ.cscθ)(cosθ.secθ)(tanθ.cotθ)=1×1×1=1

例題 2

θ 為銳角且 12 sinθ-5 cosθ=0,則 sinθ-cosθ= ‧

:12 sinθ-5 cosθ=0 12 sinθ=5 cosθ sinθ

cosθ = 5

12 tanθ= 5 12 ∴sinθ= 5

13 ,cosθ=12

13 ,故sinθ-cosθ= 5 13 -12

13 =- 7 13

例題 3

θ 為銳角,試化簡下列各式:

( )1 (sinθ+cosθ)2+(sinθ-cosθ)2

( )2 (sinθ-cscθ)2-(tanθ-cotθ)2+(cosθ-secθ)2

: ( )1 原式=sin2θ+2 sinθ.cosθ+cos2θ+sin2θ-2 sinθ.cosθ+cos2θ

=2(sin2θ+cos2θ)

=2×1=2

( )2 原式=sin2θ-2 sinθ.cscθ+csc2θ-tan2θ+2 tanθ.cotθ-cot2θ+cos2θ

-2 cosθ.secθ+sec2θ

=(sin2θ+cos2θ)+(csc2θ-cot2θ)+(sec2θ-tan2θ)-2+2-2

=1+1+1-2=1

(5)

1 2 2 23 1 例題 4

試求下列各式之值:

( )1 sin220°+sin240°+sin250°+sin270°‧

( )2 tan228°-csc262°‧

( )3 (tan10°+tan80°)2-(cot10°-cot80°)2

: ( )1 原式=sin220°+sin240°+cos240°+cos220°

=(sin220°+cos220°)+(sin240°+cos240°)=1+1=2 ( )2 原式=tan228°-sec228°=-1

( )3 原式=(tan10°+cot10°)2-(cot10°-tan10°)2

=(tan210°+2 tan10°cot10°+cot210°)-(cot210°-2 tan10°cot10°+tan210°)

=4 tan10°cot10°=4×1=4

例題 5

θ

為銳角且

tanθ=2,

3 sin2θ-4 sinθ.cosθ+5 cos2θ= ‧

原式=cos2θ(3.sin2θ

cos2θ -4.sinθ

cosθ +5)

= 1

sec2θ (3 tan2θ-4 tanθ+5)= 1

1+tan2θ (3×4-4×2+5)= 1

5×9= 9 5

例題 6

θ 為一銳角,若 sinθ-cosθ=

1 5

( )1 sinθ cosθ= ‧ ( )2 tanθ+cotθ= ‧ ( )3 sinθ+cosθ= ‧

,則:

( )1 sinθ-cosθ= 1

5 ,平方得(sinθ-cosθ)2= 1 5 1-2 sinθ cosθ= 1

5 sinθ cosθ= 2 5 ( )2 tanθ+cotθ= sinθ

cosθ + cosθ sinθ =

sin2θ+cos2θ

sinθ cosθ = 1

sinθ cosθ = 5 2 ( )3 (sinθ+cosθ)2=(sinθ-cosθ)2+4 sinθ cosθ= 1

5 +4× 2 5 = 9

5 sinθ+cosθ= 3

5 = 3 5

5 (∵θ 為銳角 ∴sinθ>0,cosθ>0)

(6)

12 2 23 1

例題 7

θ 為銳角,若方程式 x2+(tanθ+cotθ)x-1=0

有一根為

5 -2

,試求下列各式之值

( )1 tanθ+cotθ= ‧ ( )2 sinθ.cosθ= ‧ ( )3 sinθ-cosθ= ‧

: ( )1 設另一根為α,由根與係數的關係知( 5 -2)×α=-1

α= -1

5 -2 = -( 5 +2)

( 5 -2)( 5 +2)=- 5 -2

又兩根和=( 5 -2)+(- 5 -2)=-(tanθ+cotθ) tanθ+cotθ=4 ( )2 ∵tanθ+cotθ=sinθ

cosθ + cosθ sinθ =

sin2θ+cos2θ

sinθ.cosθ = 1

sinθ.cosθ sinθ.cosθ= 1 4 ( )3 (sinθ-cosθ)2=sin2θ-2 sinθ.cosθ+cos2θ=1-2× 1

4= 1

2 sinθ-cosθ=± 1 2

例題 8

試證:

( )1 tan2θ-sin2θ=tan2θ sin2θ‧

( )2 sinθ

1+cosθ + 1+cosθ

sinθ =2 cscθ‧

( )3 tanθ+secθ-1

tanθ-secθ+1 = 1+sinθ

cosθ = cosθ 1-sinθ ‧

( )1 左式=sin2θ

cos2θ -sin2θ=sin2θ( 1

cos2θ -1)=sin2θ(sec2θ-1)=sin2θ tan2θ=右式 ( )2 左式= sin2θ+(1+cosθ)2

(1+cosθ)sinθ = sin2θ+1+2 cosθ+cos2θ sinθ(1+cosθ)

= 2+2 cosθ

sinθ(1+cosθ)= 2

sinθ =2 cscθ=右式 ( )3 左式= tanθ+secθ-(sec2θ-tan2θ)

tanθ-secθ+1 =(tanθ+secθ)(1-secθ+tanθ)

tanθ-secθ+1

=tanθ+secθ=sinθ cosθ + 1

cosθ = 1+sinθ cosθ 又 1+sinθ

cosθ =(1+sinθ)(1-sinθ)

cosθ(1-sinθ) = cos2θ

cosθ(1-sinθ)= cosθ

1-sinθ =右式

(7)

1 3 2 33 1

2-3 簡易測量與三角函數值表

例題 1

某人測得一山峰的仰角為 30°,當他向山腳前進 160 公尺後,再測得山峰的仰角為 45°,則山高為 公尺‧

:在等腰直角△BCD中,設山高

¯¯

CD=h公尺

¯¯

BC=CD=h

¯¯

1

3 = h h+160

3 h=h+160 ( 3 -1)h=160 h= 160

3 -1 = 160( 3 +1)

( 3 -1)( 3 +1)= 160( 3 +1)

2 =80( 3 +1)

故山高為80( 3 +1)公尺

例題 2

某機場基於飛航安全考量,限制機場附近建築物從機場中心地面到建築物頂樓的仰角 不得超過 8°‧某建築公司打算在離機場中心 3 公里且地表高度和機場中心一樣高的地 方蓋一棟平均每樓層高 5 公尺的大樓‧在符合機場的限制規定下,該大樓在地面以上 最多可以蓋 層樓‧(參考數據:

sin8°

0.1392,cos8°

0.9903,tan8°

0.1405

〔95.指考乙〕

:如右圖,設大樓的高為x公尺,則tan8°= x 3000 x=3000 tan8°=3000×0.1405

421.5

而大樓每層5公尺,又 421.5

5 =84.3,故大樓最多可蓋84層樓 例題 3

設 A 船在燈塔之西南,B 船在燈塔之南 15°西且在 A 船之東南,已知 A 船距燈塔 60 公里,則 A,B 兩船相距 公里‧

:作圖如右

∠ACB=45°-15°=30°,而∠BAC=90°

1

3

AB

AC

=

¯¯

AB=

¯¯

AC.

1

3

=60×

1

3 =20 3 故A,B兩船相距20 3 公里

(8)

13 2 33 1

例題 4

一旗桿立於塔頂上,某人於塔底東方 100 公尺處測得旗桿上下兩端的仰角分別為 45°,

30°,則旗桿之長為 公尺,塔高為 公尺‧

:設旗桿 PQ

¯¯

,塔為 QR

¯¯

,觀測點為 A

∵∠PAR=45° ∴

¯¯

PR

¯¯

AR=100,又

1 3

QR

AR

=

QR

¯¯

¯¯

AR

1

3

100

3

PQ

¯¯

=100- 100

3 = 100(3- 3 ) 3 故旗桿長 100(3- 3 )

3 公尺,塔高 100 3 公尺

例題 5

老張從旗桿底 O 點的正西方 A 點,測得桿頂 T 點的仰角為 30°,他向旗桿前進 30 公 尺至 B 點,再測得桿頂的仰角為 60°,則:

( )1

旗桿高為 公尺‧

( )2

B 點與桿頂 T 點的距離為 公尺‧

( )3

他由 B 點回頭向 A 點走到 C 點,測得桿頂仰角為 45°,則 ¯¯

BC 的長為 公

尺‧

( )4

若他由 B 點向正南方走到 D 點,測得桿頂仰角為 45°,則 ¯¯

BD 的長為 公

尺‧

( )5

tan∠AOD 的值為 ‧

: ( )1 ¯¯BTAB=30 h

=

OT

= 3

2

BT

=

15 3 (公尺)

( )2 ¯¯BTAB=30(公尺)

( )3 CO

=

OT

= 15 3

(公尺), 1 2 15 OB= OT =

BC=

¯¯

CO

¯¯

BO

¯¯

=15 3 -15=15( 3 -1)(公尺)

( )4 ∵仰角為45° ∴DO

¯¯

=h=15 3 ,BO

¯¯

=15

在△ BOD中,BD

¯¯

DO

¯¯

2BO

¯¯

2 = (15 3 )2-152 =15 2 (公尺)

( )5 tan∠AOD=tan∠BOD=BD

¯¯

BO

¯¯

15 2

15 = 2

(9)

1 3 2 33 1 例題 6

在 A,B 兩支旗竿底端連線段中的某一點測得 A 旗竿頂端的仰角為 29°,B 旗竿頂端 的仰角為 15°‧在底端連線段中的另一點測得 A 旗竿頂端的仰角為 26°,B 旗竿頂端 的仰角為 19°,則 A 旗竿高度和 B 旗竿高度的比值約為

θ

‧(四捨五入到小數

點後第一位) 〔98.指考甲〕

15° 19° 26° 29°

cotθ 3.73 2.90 2.05 1.80

:設 A 旗竿長度為 x,B 旗竿長度為 y x cot29

°

+y cot15

°

=x cot26

°

+y cot19

°

1.80x+3.73y=2.05x+2.90y 0.83y=0.25x x

y = 0.83

0.25 =3.32

3.3

例題 7

某甲觀測一飛行中之熱氣球,發現其方向一直維持在正前方,而仰角則以等速遞減,

已知此氣球之高度維持不變,則氣球正以

( )A

等速飛行

( ) B

加速向某甲飛來

( )C

減速向某甲飛來

( )D

加速離某甲飛去

( )E

減速離某甲飛去‧

:由右圖知,仰角以 θ 遞減 則氣球離 P 愈來愈遠且

¯¯

BC>

¯¯

BA

加速離去,故選 ( )D

例題 8

已知

cos38°10'=0.7862,cos38°20'=0.7844,

cos38°16'= ‧

:設 cos38°16'=k,則

 

 

 

 





cos38°10'=0.7862 cos38°16'=k cos38°20'=0.7844

由內插法原理知 6

10 = k-0.7862 0.7844-0.7862 k-0.7862= 6

10 ×(0.7844-0.7862)= 6

10 ×(-0.0018)=-0.00108 k=0.78512

0.7851,故 cos38°16'=0.7851

(10)

13 2 33 1

例題 9

已知

sin47°20'=0.7353,sin47°30'=0.7373,

sinθ=0.7359,

θ= ‧

 

 

 

 





sin47°20'=0.7353 sinθ=0.7359 sin47°30'=0.7373

由內插法原理知 θ-47°20'

10' =0.7359-0.7353 0.7373-0.7353 θ-47°20'

10' =0.0006 0.0020 = 6

20 θ-47°20'= 6

20 ×10'=3' θ=47°20'+3'=47°23'

(11)

1 2-43 1

2-4 廣義角的三角函數

例題 1

下列何者與 72°互為同界角?

( )A 432° ( ) B -432° ( )C 288° ( )D -288° ( )E -648°‧

: ( )A ○:432°-72°=360°=1×360°為 360°之整數倍 ( ) B :72°-(-432°)=504°不為 360°之整數倍 ( )C :288°-72°=216°不為 360°之整數倍

( )D ○:72°-(-288°)=360°=1×360°為 360°之整數倍

( )E ○:72°-(-648°)=720°=2×360°為 360°之整數倍,故選 ( )A ( )D ( )E

例題 2

下列何者正確?

( )A sin100°>0 ( ) B cos200°>0 ( )C tan90°

無意義

( )D cot0°

無意義

( )E sin10°<tan10°<sec10°‧

: ( )A ○:∵θ=100°為第二象限角 ∴sin100°>0 ( ) B :∵θ=200°為第三象限角 ∴cos200°<0 ( )C ○:tan90°無意義

( )D ○:cot0°無意義

( )E ○:0°<θ<90° sinθ<tanθ<secθ 故選 ( )A ( )C ( )D ( )E

例題 3

θ 是第二象限角,且 P(-3,4)在 θ 的終邊上,則

sin

θ=

,cosθ=

,tanθ=

:r= (-3)2+42 =5 故 sinθ= y

r= 4

5 ,cosθ= x

r=- 3

5 ,tanθ= y x= 4

-3 =- 4 3

例題 4

P(-5 3 ,y)

為角

θ

終邊上一點

tanθ= 1

3 ,

則:

( )1 y= ‧ ( )2 cosθ= ‧

: ( )1 tanθ= y

-5 3 = 1

3 y=-5,r= (-5 3 )2+y2 =,

(12)

1 2-43 1

( )2 cosθ= x

r= -5 3

10 =- 3 2 例題 5

試求下列各式之值:

( )1 sin150°+cos210°+tan225°+cot270°+sec300°+csc330°‧

( )2 cos330°tan750°-sin(-300°)cot510°‧

( )3 sin(180°+θ)cos(90°+θ)+sin(270°-θ)cos(180°-θ)‧

( )1 原式=cos60°+(-cos30°)+tan45°+

cos 270 sin 270

°

°

+csc30°+sec60°

= 1 2- 3

2 +1+0+2-2= 3- 3 2 ( )2 原式=sin60°tan30°+(-cos30°)(-tan60°)

= 3 2 × 1

3 +(- 3

2 ) ×(- 3 )= 1 2+ 3

2=2

( )3 原式=(-sinθ)(-sinθ)+(-cosθ)(-cosθ)=sin2θ+cos2θ=1

例題 6

cosθ=- 4

5

tanθ<0,

1-tanθ +cosθ 1-cotθ = ‧ sinθ

∵cosθ=- 4

5 且 tanθ<0 ∴θ 為第二象限角 sinθ= 3

5 ,tanθ=- 3

4 ,cotθ=- 4 3

原式=

- 4 5 1-(- 3

4)

3 5 1-(- 4

3)

= - 4

5 7

4

+ 3

5 7

3

=- 16 35+ 9

35 =- 7

35 =- 1 5

例題 7

sinθ=- 5

13

180°<θ<270°,

( )1 cos(180°+θ)= ‧ ( )2 cos(-630°+θ)= ‧ ( )3 tan(270°-θ)= ‧

( )1 cos(90°

× 2

θ)=-cosθ=-(-12

13 )=12 13

( )2 cos(-630°+θ)=cos(630°-θ)=cos(90° 7× -θ)=-sinθ=-(- 5

13 )= 5 13

(13)

1 2-43 1 ( )3 tan(270°-θ)=tan(90° 3× -θ)=cotθ= cosθ

sinθ = - 12

13

- 5 13

= 12 5

例題 8

設 sin

θ,cosθ 為方程式 5x2

+4x+k=0 之兩根,則實數 k=

:由根與係數的關係知sinθ+cosθ=- 4

5 ,sinθ cosθ= k 5

sinθ+cosθ)2= 16

25 sin2θ+2 sinθ cosθ+cos2θ= 16 25

1+2 sinθ cosθ= 16

25 1+2× k 5 = 16

25 k=- 9 10

例題 9

sin(-65°)=k,

試以

k

表示

tan(-2315°)‧

:sin(-65°)=k sin65°=-k,其中 k<0

故 tan(-2315°)=-tan2315°=-tan(90° 25× +65°)=cot65°=- 1-k2 k

例題 10

下列敘述何者為真?(複選)

( )A sin50°<cos50° ( ) B tan50°<cot50° ( )C tan50°<sec50° ( )D sin230°<cos230°

( )E tan230°<cot230°‧

〔90.學測〕

: ( )A :sin50°>sin40°=cos50°

( ) B :tan50°>tan40°=cot50°

( )C ○:tan50°=sin50°

cos50° < 1

cos50°=sec50°

( )D ○:sin230°=sin(90°

× 2

+50°)=-sin50°

cos230°=cos(90°

× 2

+50°)=-cos50°

又 sin50°>cos50° ∴sin230°<cos230°

( )E :tan230°=tan(90°

× 2

+50°)=tan50°

cot230°=cot(90°

× 2

+50°)=cot50°

又 tan50°>cot50° ∴tan230°>cot230° 故選 ( )C ( )D

參考文獻

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