三角函数是基本初等函数之一,常见的三角函数包括正弦函数(sinθ)、余弦函数(cosθ)和正切函数(tanθ)。现在高中数学一般只谈论这三种函数,其实还有三种函数,分别是它们的倒数,余切函数(cotθ=1/tanθ)、正割函数(secθ=1/cosθ)、余割函数(cscθ=1/sinθ)。基本公式为两角和(差),积化和差、和差化积,半角、倍角公式,万变不离其宗,只要熟练、合理的运用这些恒等变形,便可顺畅的解题。

例题: 化简: (1+sinθ+cosθ)/(1+sinθ-cosθ)+(1-cosθ+sinθ)/(1+cosθ+sinθ)

分析:本题只涉及正、余弦函数,有2个分式,可以分块来做,进行化积、约分;也可以先通分成一个整体分式,再进行化积、约分。由 1-cosθ 、 1+cosθ 可以联想到半角公式,不妨一试。

为方便表述,以下令α=θ/2 A=(1+sinθ+cosθ)/(1+sinθ-cosθ) B=(1-cosθ+sinθ)/(1+cosθ+sinθ)

解法Ⅰ:A、B分别化简

将 sinθ=2sinαcosα, cosθ=2cos²α-1=1-2sin²α 代入A得:

A=(2cos²α+2sinαcosα)/(2sin²α+2sinαcosα)

=cosα/sinα

=cotα

同理可推出 B=tanα ,所以:

原式=cotα+tanα

=(sin²α+cos²α)/sinαcosα

=2/sin(2α)

=2cscθ

解法Ⅱ:原式直接通分,再化简

原式=[(1+sinθ-cosθ)²+(1+sinθ+cosθ)²]/[(1+sinθ)²-cos²θ]

=[2(1+sinθ)²+2cos²θ]/(2sin²θ+2sinθ)

=2/sinθ

=2cscθ

解法Ⅲ:利用半角公式

因为 tan(θ/2)= (1-cosθ)/sinθ= sinθ/(1+cosθ)

由合分比原理可得:

tan(θ/2)=(1-cosθ+sinθ)/(1+cosθ+sinθ)

原式=cot(θ/2)+tan(θ/2)=2cscθ

解法Ⅳ:将原题中的正、余弦函数先化成正、余切函数,再行化简

将A分子、分母同时除以sinθ:

A={[(1-cosθ)/sinθ]+1}/{[(1+cosθ)/sinθ]+1}

=(tanα+1)/(cotα+1)

=tanα

因此,原式=cotα+tanα=2cscθ