20 Bài tập Công thức lượng giác (sách mới) có đáp án – Toán 11

Bài tập Toán 11 Công thức lượng giác

A. Bài tập Công thức lượng giác

Bài 1. Tính sin2a và tan2a biết cos a = $\frac{1}{4}$ và $\frac{3\pi }{2}$<a<2$\pi$.

Hướng dẫn giải

Vì $\frac{3\pi }{2}$<a<2$\pi$nên sina < 0.

Ta có:

sin²a + cos²a = 1 ⇒ sin²a = 1 – cos²a = 1 –  = $\frac{15}{16}$

⇒ sina = $-\frac{\sqrt{15}}{4}$.

Ta có: sin2a = 2sina cosa = 2..$\frac{1}{4}$ = $–\frac{\sqrt{15}}{8}$

Ta có: tana = $\frac{\sin a}{\cos a}=-\sqrt{15}$

⇒$\tan 2a=\frac{2\tan a}{1-{\tan }^{2}a}$==$=\frac{-2\sqrt{15}}{-14}=\frac{\sqrt{15}}{7}$.

Bài 2. Tính

a) sin biết sin a = $\frac{3}{4}$ và 0 < a < $\frac{\pi }{2}$;

b) cos$\frac{3\pi }{8}$.cos$\frac{\pi }{8}$ + sin$\frac{3\pi }{8}$.sin$\frac{\pi }{8}$.

Hướng dẫn giải

a) Vì 0<a<$\frac{\pi }{2}$ nên cosa > 0.

Ta có: sin²a + cos²a = 1 ⇒ cos²a = 1 – sin²a = 1-=$\frac{7}{16}$

⇒ cosa = null.

Vậy sin$=\sin a\cos \frac{\pi }{3}-\cos a\sin \frac{\pi }{3}=\frac{3}{4}.\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{7}}{4}.\frac{\sqrt{3}}{2}=\frac{3-\sqrt{21}}{8}$ .

Suy ra: $\cos \frac{3\pi }{8}.\cos \frac{\pi }{8}+\sin \frac{3\pi }{8}.\sin \frac{\pi }{8}=\frac{\sqrt{2}}{4}+\frac{\sqrt{2}}{4}=\frac{\sqrt{2}}{2}$.

Bài 3. Tính

a) cos(–15°) + cos255°;

b) sin$\frac{13\pi }{24}$sin$\frac{5\pi }{24}$.

Hướng dẫn giải

a) Ta có:

cos(-15^o) + cos255^o = 2.cos$\frac{-15°+255°}{2}$.cos$\frac{-15°-255°}{2}$

= 2.cos120^o.cos(135^o) = 2

Vậy cos(–15°) + cos255° = $\frac{\sqrt{2}}{2}$.

b) Ta có:

Vậy $\sin \frac{13\pi }{24}\sin \frac{5\pi }{24}=\frac{1+\sqrt{2}}{4}$.

Bài 4. Rút gọn biểu thức sau:

Hướng dẫn giải

⇔ $P=-2\sin x$

Vậy P = −2sin x.

Bài 5. Chứng minh rằng: $\cos \alpha -\sin \alpha =\sqrt{2}\mathrm{cos(}\left(\alpha +\frac{\pi }{4}\right)).$

Hướng dẫn giải

Ta có:

Bài 6. Cho $\sin \alpha =\frac{1}{3}$ và $\frac{\pi }{2}<\alpha <\pi .$ Tính các giá trị lượng giác của góc 2α.

Hướng dẫn giải

Do $\frac{\pi }{2}<\alpha <\pi$ ⇒ cos α < 0.

Ta có: ${\cos }^2\alpha =1-{\sin }^2\alpha =\frac{8}{9}$

⇒ $\cos \alpha =-\frac{2\sqrt{2}}{3}$ (do cos α < 0).

$\tan 2\alpha =\frac{\sin 2\alpha }{\cos 2\alpha }=-\frac{4\sqrt{2}}{9}.\frac{9}{7}=-\frac{4\sqrt{2}}{7}.$

$\cot 2\alpha =\frac{1}{\tan 2\alpha }=-\frac{7\sqrt{2}}{8}.$

Bài 7. Tính α + β biết $\tan \alpha =\frac{2}{5},\tan \beta =\frac{3}{7}$.

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức cộng đối với tang, ta được: 

Vậy $\alpha +\beta =\frac{\pi }{4}$.

Bài 8. Cho $\cos 2a=-\frac{4}{5}$, với $\frac{\pi }{4}<a<\frac{\pi }{2}$. Tính sina, cosa, , sin2a, .

Hướng dẫn giải

Vì $\frac{\pi }{4}<a<\frac{\pi }{2}$ nên sina > 0, cosa > 0.

• Áp dụng công thức hạ bậc, ta được: ${\sin }^{2}a=\frac{1-\cos 2a}{2}=\frac{1+\frac{4}{5}}{2}=\frac{9}{10}$

Suy ra $\sin a=\frac{3}{\sqrt{10}}$ (do sina > 0)

• Áp dụng công thức hạ bậc, ta được: ${\cos }^{2}a=\frac{1+\cos 2a}{2}=\frac{1-\frac{4}{5}}{2}=\frac{1}{10}$.

Suy ra $\cos a=\frac{1}{\sqrt{10}}$.

• Áp dụng công thức cộng đối với sin, ta được:

$=\frac{3}{\sqrt{10}}.\frac{1}{2}+\frac{1}{\sqrt{10}}.\frac{\sqrt{3}}{2}=\frac{\sqrt{30}+3\sqrt{10}}{20}$.

• Áp dụng công thức nhân đôi, ta được:

$\sin 2a=2\sin a\cos a=2.\frac{3}{\sqrt{10}}.\frac{1}{\sqrt{10}}=\frac{3}{5}$.

• Áp dụng công thức cộng đối với côsin, ta được:

Bài 9. Chứng minh rằng:

a) ${\cos }^{3}x.\sin x-{\sin }^{3}x.\cos x=\frac{1}{4}\sin 4x$;

Hướng dẫn giải

a) VT = cos³x.sinx – sin³x.cosx

= cosx.sinx.(cos²x – sin²x)

$=\frac{1}{2}\sin 2x.\cos 2x$

$=\frac{1}{4}\sin 4x$ = VP.

Vậy ta có điều phải chứng minh.

Bài 10. Cho ∆ABC. Chứng minh rằng:

a) $\sin A+\sin B+\sin C=4\cos \frac{A}{2}\cos \frac{B}{2}\cos \frac{C}{2}$;

b) $\frac{\sin A+\sin B}{\cos A+\cos B}=\cot \frac{C}{2}$;

c) $\sin 2A+\sin 2B+\sin 2C=\frac{2S}{R^2}$, với R là bán kính đường tròn ngoại tiếp ∆ABC và S là diện tích ∆ABC.

Hướng dẫn giải

∆ABC, có: $\widehat{A}+\widehat{B}+\widehat{C}=180°$, suy ra $\widehat{A}+\widehat{B}=180°-\widehat{C}$

Do đó $\frac{\widehat{A}+\widehat{B}}{2}=90°-\frac{\widehat{C}}{2}$.

b) $VT=\frac{\sin A+\sin B}{\cos A+\cos B}=\frac{2\sin \frac{A+B}{2}\cos \frac{A-B}{2}}{2\cos \frac{A+B}{2}\cos \frac{A-B}{2}}$

Vậy ta có điều phải chứng minh.

c) VT = sin2A + sin2B + sin2C

= 2sin(A + B).cos(A – B) + 2sinC.cosC

= 2sin(180° – C).cos(A – B) + 2sinC.cosC

= 2sinC.cos(A – B) + 2sinC.cosC

= 2sinC.[cos(A – B) + cosC]

= 2sinC.[cos(A – B) + cos(180° – A – B)]

= 2sinC.[cos(A – B) – cos(A + B)]

= –4sinC.sinA.sin(–B)

= 4sinA.sinB.sinC

$=4.\frac{a}{2R}.\frac{b}{2R}.\frac{c}{2R}=\frac{abc}{4R}.\frac{2}{R^2}=\frac{2S}{R^2}=VP$.

Vậy ta có điều phải chứng minh.

B. Lý thuyết Công thức lượng giác

1. Công thức cộng

cos (a – b) = cosa cosb + sina sinb

cos (a + b) = cosa cosb – sina sinb

sin (a – b) = sina cosb – cosa sinb

sin (a + b) = sina cosb + cosa sinb

tan (a-b) = $\frac{\tan a-\tan b}{1+\tan a\tan b}$

tan (a+b) = $\frac{\tan a+\tan b}{1–\tan a\tan b}$

(giả thiết các biểu thức đều có nghĩa).

Ví dụ: Không dùng máy tính, hãy tính sin và tan 15°.

Hướng dẫn giải

Ta có

sin  = -sin$\frac{7\pi }{6}$ = -sin

= -sin$\pi$cos$\frac{\pi }{6}$ – cos$\pi$sin$\frac{\pi }{6}$ = -0.$\frac{\sqrt{3}}{2}$ – (-1).$\frac{1}{2}$ = $\frac{1}{2}$.

Ta có

tan15^o = tan(60^o – 45^o) = $\frac{\tan 60°-\tan 45°}{1+\tan 60°.\tan 45°}$

$=\frac{\sqrt{3}-1}{1+\sqrt{3}.1}=\frac{\sqrt{3}-1}{\sqrt{3}+1}=2-\sqrt{3}$

2. Công thức nhân đôi

sin2a = 2sina cosa

cos2a = cos²a – sin²a = 2cos² – 1 = 1 – 2sin²a

tan2a = $\frac{2\tan a}{1-{\tan }^{2}a}$.

Chú ý: Từ công thức nhân đôi suy ra công thức hạ bậc:

${\cos }^{2}a=\frac{1+\cos 2a}{2}$

${\sin }^{2}a=\frac{1-\cos 2a}{2}$.

Ví dụ: Biết sinα = $\frac{2}{5}$ và 0 < α < $\frac{\pi }{2}$ . Tính sin2α ; cos2α và tan2α.

Hướng dẫn giải

Vì 0 < α < $\frac{\pi }{2}$ nên cosα > 0.

Ta có:

sin²α + cos²α = 1 ⇒ cos²α = 1 – sin²α = 1-= $\frac{21}{25}$

⇒ cosα = $\frac{\sqrt{21}}{5}$.

Ta có: sin2α = 2sinα cosα = $2.\frac{2}{5}.\frac{\sqrt{21}}{5}=\frac{4\sqrt{21}}{25}$

cos2α = 1 – 2sin²α = 1 – 2.= $\frac{17}{25}$

$\tan \alpha =\frac{\sin \alpha }{\cos \alpha }=\frac{2\sqrt{21}}{21}$

⇒ tan$2\alpha =\frac{2\tan \alpha }{1-{\tan }^2\alpha }=$$=\frac{4\sqrt{21}}{17}$.

3. Công thức biến đổi tích thành tổng

cosacosb = $\frac{1}{2}$[cos(a-b) + cos(a+b)]

sinasinb = $\frac{1}{2}$[cos(a-b) – cos(a+b)]

sinacosb = $\frac{1}{2}$[sin(a-b) + sin(a+b)].

Ví dụ: Tính giá trị của biểu thức

a) A = $\sin \frac{7\pi }{12}\cos \frac{5\pi }{12}$;

b) B = $\sin \frac{\pi }{12}\sin \frac{7\pi }{12}$.

Hướng dẫn giải

a) Ta có:

Vậy A = $\frac{1}{4}$.

b) Ta có:

Vậy B = $\frac{1}{4}$ .

4. Công thức biến đổi tổng thành tích

cosu + cosv = 2cos$\frac{u+v}{2}$cos$\frac{u–v}{2}$

cosu – cosv = -2sin$\frac{u+v}{2}$sin$\frac{u–v}{2}$

sinu + sinv = 2sin$\frac{u+v}{2}$cos$\frac{u–v}{2}$

sinu – sinv = 2cos$\frac{u+v}{2}$sin$\frac{u–v}{2}$.

Ví dụ: ChoA = cos$\frac{\pi }{17}$.cos$\frac{4\pi }{17}$ và B = cos$\frac{3\pi }{17}$ + cos$\frac{5\pi }{17}$. Không dùng máy tính, tính giá trị của biểu thức $\frac{A}{B}$.

Hướng dẫn giải

Ta có:

B = cos$\frac{3\pi }{17}$ + cos$\frac{5\pi }{17}$ = 2.cos$\frac{\frac{3\pi }{17}+\frac{5\pi }{17}}{2}$.cos$\frac{\frac{3\pi }{17}-\frac{5\pi }{17}}{2}$

= 2.cos$\frac{4\pi }{17}$.cos = 2cos$\frac{4\pi }{17}$.cos$\frac{\pi }{17}$.

Suy ra $\frac{A}{B}=\frac{\cos \frac{\pi }{17}.\cos \frac{4\pi }{17}}{\cos \frac{3\pi }{17}+\cos \frac{5\pi }{17}}=\frac{\cos \frac{\pi }{17}.\cos \frac{4\pi }{17}}{2\cos \frac{4\pi }{17}.\cos \frac{\pi }{17}}=\frac{1}{2}$ .

Video bài giảng Toán 11 Bài 2: Công thức lượng giác – Kết nối tri thức