Bài 1 · HĐ1★Trang 34— Nhận biết vị trí điểm M trên nửa đường tròn đơn vị theo độ lớn của góc α
HĐ1 (trang 34). a) Nêu nhận xét về vị trí của điểm M trên nửa đường tròn đơn vị trong mỗi trường hợp sau: • α=90∘; • α<90∘; • α>90∘. b) Khi 0∘<α<90∘, nêu mối quan hệ giữa cosα, sinα với hoành độ và tung độ của điểm M.
Kiến thức cần nhớ
Nửa đường tròn đơn vị là nửa đường tròn tâm O bán kính R = 1 nằm phía trên trục hoành; với mỗi góc α (0° ≤ α ≤ 180°) có duy nhất điểm M(x0;y0) trên nửa đường tròn đơn vị sao cho xOM=α.
Ở lớp 9, với góc nhọn α trong tam giác vuông: cosα bằng tỉ số cạnh kề chia cạnh huyền, sinα bằng tỉ số cạnh đối chia cạnh huyền.
🧠 Phân tích tư duy
Ba trường hợp α=90∘, α<90∘, α>90∘ chỉ khác nhau ở DẤU của hoành độ điểm M, nên câu a) thực chất hỏi hoành độ dương, âm hay bằng 0. Câu b) là chỗ nối kiến thức lớp 9 với định nghĩa mới: với góc nhọn thì tỉ số lượng giác trong tam giác vuông đúng bằng toạ độ của M vì bán kính đơn vị bằng 1. Bẫy là quên tung độ của M LUÔN không âm, do M chỉ chạy trên NỬA đường tròn phía trên trục hoành.
1Cách 1. Xét vị trí điểm M theo hình học và dùng tam giác vuông OMH để so sánh với tỉ số lượng giác góc nhọn.
Định hướng. So sánh α với 90∘ để xác định M nằm bên nào của trục Oy, sau đó dựng tam giác vuông OMH (H là hình chiếu của M lên Ox) khi α nhọn để nêu quan hệ giữa cosα, sinα với toạ độ của M.
a) Khi α=90∘ thì OM⊥Ox, điểm M nằm trên trục Oy, tức M(0;1). Khi α<90∘, điểm M nằm ở nửa bên phải trục Oy (hoành độ dương). Khi α>90∘, điểm M nằm ở nửa bên trái trục Oy (hoành độ âm). b) Khi 0∘<α<90∘, gọi H là hình chiếu vuông góc của M lên trục Ox. Tam giác OMH vuông tại H có cạnh huyền OM=1 và góc nhọn MOH=α. Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn: cosα=OMOH=OH=x0; sinα=OMMH=MH=y0.
Vậy khi α=90∘ thì M(0;1); khi α<90∘ thì M có hoành độ dương; khi α>90∘ thì M có hoành độ âm; với 0∘<α<90∘ thì cosα=x0, sinα=y0.
2Cách 2. Kiểm chứng trực tiếp bằng các góc đặc biệt ở Bảng 3.1.
Định hướng. Thay các giá trị góc đặc biệt đã cho ở Bảng 3.1 (trang 34) để kiểm tra dấu của hoành độ và đối chiếu quan hệ giữa cosα, sinα với toạ độ M, so sánh với nhận xét tổng quát ở cách 1.
Với α=60∘<90∘: theo Bảng 3.1, cos60∘=21>0, nên hoành độ của M dương, khớp với nhận xét α<90∘ thì M ở bên phải trục Oy. Với α=90∘: cos90∘=0, nên M nằm đúng trên trục Oy, tức M(0;1). Với α=180∘>90∘: theo Bảng 3.1, cos180∘=−1<0, nên hoành độ của M âm, khớp với nhận xét α>90∘ thì M ở bên trái trục Oy (ở đây M trùng điểm B(−1;0)). b) Với α=60∘ (góc nhọn), theo Bảng 3.1: cos60∘=21, sin60∘=23; đây cũng đúng là hoành độ và tung độ của điểm M ứng với góc 60∘.
Vậy các trường hợp thử với α=60∘, 90∘, 180∘ đều khớp với nhận xét tổng quát ở cách 1: dấu hoành độ của M đổi tại α=90∘, và với góc nhọn thì cosα, sinα chính là hoành độ, tung độ của M.
Nhận xét. Kết quả của HĐ1 là cơ sở để mở rộng định nghĩa giá trị lượng giác cho góc bất kì từ 0∘ đến 180∘: cosα, sinα được định nghĩa đúng bằng hoành độ, tung độ của điểm M, không chỉ dùng được cho góc nhọn như ở lớp 9.
3Cách 3. Dùng toạ độ của M và dấu của hoành độ
Định hướng. Điểm M(x0;y0) nằm trên nửa đường tròn đơn vị nên x02+y02=1 và y0≥0; ba vị trí của M ứng với ba khả năng về dấu của x0.
Khi α=90∘: tia OM vuông góc với Ox nên x0=0, kết hợp x02+y02=1 và y0≥0 được y0=1, tức M(0;1) nằm trên trục Oy Khi α<90∘: tia OM nằm trong góc phần tư thứ nhất nên x0>0, điểm M ở bên phải trục Oy Khi α>90∘: tia OM nằm trong góc phần tư thứ hai nên x0<0, điểm M ở bên trái trục Oy Khi 0∘<α<90∘: gọi H là hình chiếu của M trên Ox, tam giác OMH vuông tại H với OM=1 Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn: cosα=OMOH=OH=x0 và sinα=OMMH=MH=y0
Vậy a) với α=90∘ thì M(0;1) nằm trên trục Oy; với α<90∘ thì M ở bên phải trục Oy; với α>90∘ thì M ở bên trái trục Oy. b) với 0∘<α<90∘ thì cosα=x0 và sinα=y0.
Nhận xét. Bán kính bằng 1 chính là lí do tỉ số lượng giác TRÙNG với toạ độ — nhờ đó định nghĩa mới mở rộng được cho cả góc tù mà vẫn khớp với lớp 9.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3: quy mọi thứ về dấu của hoành độ x0 thì trả lời được cả ba trường hợp bằng một tiêu chí duy nhất, không phải mô tả hình từng lần.
Đáp số.a) α=90∘: M(0;1) trên trục Oy; α<90∘: M ở bên phải trục Oy; α>90∘: M ở bên trái trục Oy. b) Với 0∘<α<90∘: cosα=x0, sinα=y0.
Sai lầm thường gặp.Cho rằng vị trí điểm M chỉ đổi bên trục Oy khi α vượt qua 180° thay vì 90°, dẫn đến xác định sai dấu hoành độ khi α tù.
🚀 Mở rộng.Vì M luôn nằm trên nửa đường tròn phía trên nên y0≥0 với mọi α từ 0∘ đến 180∘ — đó là lí do sinα≥0 trên toàn khoảng này, còn cosα thì đổi dấu tại α=90∘.
Góc 120∘ là góc TÙ nên điểm M nằm bên trái trục Oy, kéo theo hoành độ âm và cos120∘<0 — biết dấu trước khi tính là đã tránh được nửa số lỗi. Vì 120∘=180∘−60∘ mà 60∘ là góc có sẵn trong bảng giá trị đặc biệt nên chỉ cần lấy giá trị của 60∘ rồi gắn dấu cho đúng. Bẫy là để cos120∘=21 hoặc tan120∘=3, tức quên dấu âm của hoành độ.
1Cách 1. Dựng hai tam giác vuông MON, MOP như Ví dụ 1 để tìm trực tiếp cả bốn giá trị.
Định hướng. Gọi N, P lần lượt là hình chiếu vuông góc của M lên Ox, Oy; dùng góc 120∘ để tính các góc nhọn của hai tam giác vuông MON, MOP rồi suy ra toạ độ của M và cả bốn giá trị lượng giác theo đúng định nghĩa.
Gọi M là điểm trên nửa đường tròn đơn vị sao cho xOM=120∘; gọi N, P tương ứng là hình chiếu vuông góc của M lên Ox, Oy. Vì xOM=120∘ nên MON=180∘−120∘=60∘ và MOP=120∘−90∘=30∘. Tam giác MON vuông tại N, cạnh huyền OM=1: ON=OMcos60∘=21; MN=OMsin60∘=23. Vì M nằm bên trái trục Oy (do 120∘>90∘) nên M có toạ độ (−21;23). Theo định nghĩa: sin120∘=23; cos120∘=−21; tan120∘=−1/23/2=−3; cot120∘=3/2−1/2=−33.
2Cách 2. Chỉ dựng một tam giác vuông để tìm sin, cos rồi suy ra tan, cot bằng công thức tỉ số.
Định hướng. Chỉ cần tam giác vuông MON để tính toạ độ của M, từ đó có sin120∘, cos120∘; sau đó dùng công thức tanα=cosαsinα, cotα=sinαcosα (đã nêu ở mục 1) để suy ra tan120∘, cot120∘ mà không cần dựng thêm tam giác MOP.
Gọi N là hình chiếu vuông góc của M lên Ox; vì xOM=120∘ nên MON=60∘, tam giác MON vuông tại N với cạnh huyền OM=1. ON=cos60∘=21, MN=sin60∘=23; vì M ở bên trái trục Oy nên M(−21;23), suy ra sin120∘=23, cos120∘=−21. tan120∘=cos120∘sin120∘=−1/23/2=−3. cot120∘=sin120∘cos120∘=3/2−1/2=−33.
Vậy kết quả khớp cách 1: sin120∘=23, cos120∘=−21, tan120∘=−3, cot120∘=−33.
Nhận xét. Kết quả trùng khớp với cột 120∘ ở Bảng 3.2 (trang 36), vì 120∘ và 60∘ là hai góc bù nhau.
3Cách 3. Dùng hệ thức hai góc bù nhau để quy về góc 60∘
Định hướng. Viết 120∘=180∘−60∘; hai điểm ứng với hai góc bù nhau đối xứng qua trục Oy nên tung độ giữ nguyên còn hoành độ đổi dấu, từ đó suy hết bốn giá trị lượng giác từ bảng góc 60∘.
120∘=180∘−60∘ Điểm ứng với 120∘ đối xứng với điểm ứng với 60∘ qua trục Oy nên có cùng tung độ và hoành độ đối nhau sin120∘=sin60∘=23 cos120∘=−cos60∘=−21 tan120∘=cos120∘sin120∘=−2123=−3 cot120∘=tan120∘1=−31=−33 Kiểm tra bằng hệ thức cơ bản: sin2120∘+cos2120∘=43+41=1
Nhận xét. Cách này dùng hệ thức hai góc bù nhau ở mục sau của bài học, nhưng chính nó là công cụ nhanh nhất cho mọi góc tù đặc biệt.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3: đưa mọi góc tù về góc bù nhọn rồi tra bảng và gắn dấu — chỉ cần nhớ đúng một câu “sin giữ nguyên, ba giá trị còn lại đổi dấu”.
Sai lầm thường gặp.Quên đổi dấu hoành độ khi góc tù (viết nhầm cos120∘=21 thay vì −21) vì chỉ nhớ tỉ số của góc phụ 60∘ mà bỏ qua vị trí của M ở bên trái trục Oy.
🚀 Mở rộng.Cũng cách ấy cho các góc tù đặc biệt khác: sin135∘=22, cos135∘=−22; sin150∘=21, cos150∘=−23.
Bài 3 · HĐ2★★Trang 36— Khám phá quan hệ giữa các giá trị lượng giác của hai góc bù nhau
HĐ2 (trang 36). Nêu nhận xét về vị trí của hai điểm M, M′ đối với trục Oy (H.3.5). Từ đó, nêu các mối quan hệ giữa sinα và sin(180∘−α), giữa cosα và cos(180∘−α).
Kiến thức cần nhớ
M ứng với góc α, M' ứng với góc 180∘−α trên cùng nửa đường tròn đơn vị (xOM=α, xOM′=180∘−α).
Hai góc α và 180∘−α có tổng bằng 180∘ nên hai tia OM, OM′ đối xứng nhau qua trục Oy — đây là chìa khoá của toàn bộ mục này. Đối xứng qua Oy giữ nguyên tung độ và đổi dấu hoành độ, mà tung độ là sin còn hoành độ là cos, nên hai hệ thức hiện ra ngay. Bẫy là suy ra tan và cot mà quên điều kiện xác định: tan đòi α=90∘, còn cot đòi α khác 0∘ và 180∘.
1Cách 1. Dùng tính đối xứng của M, M' qua trục Oy.
Định hướng. Chỉ ra M, M' đối xứng nhau qua trục Oy nên có cùng tung độ và hoành độ đối nhau, từ đó suy ra quan hệ giữa sin, cos của hai góc bù nhau rồi dùng công thức tỉ số để suy tiếp tan, cot.
Vì xOM=α và xOM′=180∘−α nên hai bán kính OM, OM′ đối xứng nhau qua trục Oy, do đó hai điểm M, M′ cũng đối xứng nhau qua trục Oy. Nếu M(x0;y0) thì M′(−x0;y0) (cùng tung độ, hoành độ đối nhau). Theo định nghĩa: sin(180∘−α) là tung độ của M′, bằng y0=sinα. cos(180∘−α) là hoành độ của M′, bằng −x0=−cosα. Với α=90∘: tan(180∘−α)=cos(180∘−α)sin(180∘−α)=−cosαsinα=−tanα. Với 0∘<α<180∘: cot(180∘−α)=sin(180∘−α)cos(180∘−α)=sinα−cosα=−cotα.
2Cách 2. Kiểm chứng bằng các cặp góc bù nhau đặc biệt ở Bảng 3.1, 3.2.
Định hướng. Thay các cặp góc bù nhau đã có sẵn giá trị ở Bảng 3.1 (trang 34) để kiểm tra trực tiếp các quan hệ vừa nêu ở cách 1, trước khi phát biểu thành hệ thức tổng quát.
Cặp góc bù nhau 60∘ và 180∘−60∘=120∘: theo Bảng 3.1, sin60∘=23; theo Luyện tập 1, sin120∘=23, bằng đúng sin60∘. Về côsin: cos60∘=21 trong khi cos120∘=−21, đối nhau. Cặp góc bù nhau 0∘ và 180∘: sin0∘=sin180∘=0 (bằng nhau); cos0∘=1, cos180∘=−1 (đối nhau). Cả hai cặp góc thử đều cho sin bằng nhau và cos đối nhau giữa α và 180∘−α.
Vậy các trường hợp thử đều khớp với kết luận ở cách 1: hai góc bù nhau có sin bằng nhau, côsin đối nhau.
Nhận xét. Hai điểm M, M′ trùng nhau khi α=90∘ (vì 180∘−90∘=90∘), lúc đó cả hai vế của mọi hệ thức trên đều bằng nhau một cách hiển nhiên.
3Cách 3. Viết toạ độ hai điểm rồi áp dụng thẳng định nghĩa
Định hướng. Gọi M(x0;y0) là điểm ứng với α; xác định toạ độ của M′ ứng với 180∘−α rồi thay vào định nghĩa bốn giá trị lượng giác.
M ứng với α có toạ độ M(x0;y0) với x0=cosα, y0=sinα Hai góc α và 180∘−α có tổng bằng 180∘ nên hai tia OM và OM′ đối xứng nhau qua trục Oy, do đó M′(−x0;y0) Theo định nghĩa: sin(180∘−α)=y0=sinα cos(180∘−α)=−x0=−cosα tan(180∘−α)=−x0y0=−x0y0=−tanα với α=90∘ cot(180∘−α)=y0−x0=−y0x0=−cotα với 0∘<α<180∘
Vậy hai điểm M, M′ đối xứng nhau qua trục Oy; do đó sin(180∘−α)=sinα, cos(180∘−α)=−cosα, tan(180∘−α)=−tanα (khi α=90∘) và cot(180∘−α)=−cotα (khi 0∘<α<180∘).
Nhận xét. Viết hẳn toạ độ M′(−x0;y0) khiến điều kiện xác định của tan, cot lộ ra ngay: mẫu không được bằng 0.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3: một dòng toạ độ M′(−x0;y0) cho trọn bốn hệ thức kèm điều kiện, chặt chẽ hơn hẳn việc chỉ mô tả bằng lời rằng hai điểm đối xứng nhau.
Sai lầm thường gặp.Cho rằng hai góc bù nhau có tất cả bốn giá trị lượng giác đều bằng nhau (kể cả côsin, tang, côtang) mà quên chỉ có sin là bằng nhau, còn ba giá trị còn lại đối nhau.
🚀 Mở rộng.Nhóm hệ thức này giải thích vì sao trong tam giác luôn có sinA=sin(B+C) và cosA=−cos(B+C) — vì A và B+C là hai góc bù nhau.
Bài 4 · Luyện tập 2★★★Trang 36— Chứng minh hai tam giác bằng nhau để suy ra quan hệ giữa các giá trị lượng giác của hai góc phụ nhau
Luyện tập 2 (trang 36). Trong Hình 3.6, hai điểm M, N ứng với hai góc phụ nhau α và 90∘−α (xOM=α, xON=90∘−α). Chứng minh rằng △MOP=△NOQ. Từ đó nêu mối quan hệ giữa cosα và sin(90∘−α).
Kiến thức cần nhớ
P là hình chiếu vuông góc của M lên Ox, Q là hình chiếu vuông góc của N lên Oy; OM = ON = 1 (bán kính nửa đường tròn đơn vị).
Trường hợp bằng nhau của tam giác vuông: hai tam giác vuông có cạnh huyền và một góc nhọn bằng nhau thì bằng nhau.
🧠 Phân tích tư duy
Hai góc α và 90∘−α có tổng bằng 90∘ nên hai tia OM, ON đối xứng nhau qua đường phân giác của góc phần tư thứ nhất — đó là lí do hai tam giác vuông trong hình bằng nhau. Cả hai tam giác đều có cạnh huyền bằng bán kính 1 nên trường hợp bằng nhau cạnh huyền – góc nhọn là tự nhiên nhất. Bẫy là kết luận cosα=cos(90∘−α), tức nhầm hai góc PHỤ nhau với hai góc BÙ nhau.
1Cách 1. Chứng minh bằng trường hợp cạnh huyền – góc nhọn.
Định hướng. Chỉ ra hai tam giác vuông MOP, NOQ có cạnh huyền bằng nhau (đều bằng bán kính 1) và có một góc nhọn bằng nhau tại đỉnh O, từ đó áp dụng trường hợp cạnh huyền – góc nhọn.
Tam giác MOP vuông tại P (vì P là hình chiếu vuông góc của M lên Ox), có MOP=xOM=α và cạnh huyền OM=1. Tam giác NOQ vuông tại Q (vì Q là hình chiếu vuông góc của N lên Oy); vì xON=90∘−α nên góc giữa ON và Oy là NOQ=90∘−(90∘−α)=α, và cạnh huyền ON=1. Hai tam giác vuông MOP, NOQ có cạnh huyền bằng nhau (OM=ON=1) và một góc nhọn bằng nhau (MOP=NOQ=α), nên △MOP=△NOQ (cạnh huyền – góc nhọn). Suy ra OP=OQ (hai cạnh tương ứng). Theo định nghĩa: OP là hoành độ của M nên OP=cosα; OQ là tung độ của N nên OQ=sin(90∘−α).
Vậy△MOP=△NOQ, từ đó cosα=sin(90∘−α).
2Cách 2. Suy ra hệ thức trực tiếp từ tính chất hai góc nhọn phụ nhau trong tam giác vuông OMP.
Định hướng. Không cần dựng thêm tam giác NOQ: chỉ xét ngay tam giác vuông OMP, dùng tính chất đã học ở lớp 9 rằng hai góc nhọn của một tam giác vuông phụ nhau thì sin góc này bằng côsin góc kia.
Tam giác OMP vuông tại P, có hai góc nhọn MOP=α và OMP=90∘−α (vì tổng ba góc của tam giác bằng 180∘). Theo tỉ số lượng giác của góc nhọn (lớp 9) áp dụng cho góc OMP=90∘−α trong chính tam giác này: sin(90∘−α)=OMOP=OP (vì OM=1, và OP là cạnh đối của góc OMP). Mặt khác, theo định nghĩa giá trị lượng giác, cosα=OP (hoành độ của M). So sánh hai kết quả: cả cosα và sin(90∘−α) đều bằng OP.
Vậycosα=sin(90∘−α), khớp với kết luận rút ra từ △MOP=△NOQ ở cách 1.
Nhận xét. Chứng minh bằng tam giác bằng nhau ở cách 1 có ưu điểm là cho luôn cả cặp hệ thức thứ hai MP=NQ, tức sinα=cos(90∘−α), trong khi cách 2 chỉ cho trực tiếp đúng một hệ thức được hỏi.
3Cách 3. Dùng toạ độ và phép đối xứng qua đường phân giác góc phần tư thứ nhất
Định hướng. Hai tia OM, ON tạo với đường phân giác của góc xOy hai góc bằng nhau nên đối xứng nhau qua phân giác đó; phép đối xứng này đổi chỗ hoành độ với tung độ, cho ngay hệ thức cần tìm.
Đường phân giác của góc phần tư thứ nhất tạo với Ox góc 45∘ Tia OM tạo với phân giác góc ∣45∘−α∣; tia ON tạo với phân giác góc ∣45∘−(90∘−α)∣=∣α−45∘∣ Hai góc đó bằng nhau và hai tia nằm hai bên phân giác nên OM, ON đối xứng nhau qua phân giác Phép đối xứng qua phân giác đổi điểm (a;b) thành điểm (b;a); mà M(cosα;sinα) nên N(sinα;cosα) Mặt khác N ứng với góc 90∘−α nên N(cos(90∘−α);sin(90∘−α)) Đồng nhất hai cách viết toạ độ của N được cos(90∘−α)=sinα và sin(90∘−α)=cosα Phép đối xứng bảo toàn khoảng cách nên OP=OQ và MP=NQ, do đó △MOP=△NOQ
Vậy△MOP=△NOQ và từ đó cosα=sin(90∘−α).
Nhận xét. Đối xứng qua trục Oy cho hệ thức hai góc BÙ nhau, còn đối xứng qua đường phân giác cho hệ thức hai góc PHỤ nhau — hai phép đối xứng, hai nhóm công thức.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chứng minh △MOP=△NOQ theo trường hợp cạnh huyền – góc nhọn rồi suy hai cạnh tương ứng bằng nhau, đó là lời giải đúng chuẩn hình học mà đề mong đợi.
Đáp số.△MOP=△NOQ (cạnh huyền – góc nhọn); suy ra cosα=sin(90∘−α).
Sai lầm thường gặp.Chỉ so sánh hai tam giác có cùng cạnh huyền mà quên chỉ ra góc nhọn tương ứng bằng nhau, dẫn đến kết luận hai tam giác bằng nhau thiếu căn cứ.
🚀 Mở rộng.Kết hợp hai nhóm công thức: sin(90∘+α)=sin(180∘−(90∘+α))=sin(90∘−α)=cosα — quy góc lớn hơn 90∘ về góc nhọn chỉ bằng hai bước.
Bài 5 · Vận dụng★★★Trang 37— Vận dụng giá trị lượng giác của góc tù để giải bài toán chuyển động tròn đều
Vận dụng (trang 37). Một chiếc đu quay có bán kính 75 m, tâm của vòng quay ở độ cao 90 m (H.3.7), thời gian thực hiện mỗi vòng quay của đu quay là 30 phút. Nếu một người vào cabin tại vị trí thấp nhất của vòng quay, thì sau 20 phút quay, người đó ở độ cao bao nhiêu mét?
Kiến thức cần nhớ
Đặt hệ trục toạ độ Oxy với gốc O là tâm vòng quay: vị trí thấp nhất ứng với góc −90∘ (điểm (0;−75)).
Với điểm M trên đường tròn bán kính R hợp với tia Ox một góc α, tung độ của M là Rsinα.
🧠 Phân tích tư duy
Đu quay chuyển động đều nên góc quay TỈ LỆ với thời gian: 30 phút ứng với 360∘ nên mỗi phút quay được 12∘, sau 20 phút quay được 240∘. Vì chương trình lớp 10 tập 1 mới chỉ định nghĩa giá trị lượng giác cho góc từ 0∘ đến 180∘ nên phải khéo léo quy 240∘ về một góc trong khoảng đó. Bẫy là quên cộng độ cao tâm quay 90 m, chỉ tính phần bán kính rồi trả lời 37,5 m.
1Cách 1. Đặt hệ trục toạ độ tại tâm quay rồi tra Bảng 3.2.
Định hướng. Tính góc mà bán kính hợp với tia Ox sau khi quay 20 phút, rồi dùng giá trị sin của góc đó (tra ở Bảng 3.2) để tính độ cao của cabin so với tâm quay.
Tốc độ quay của đu quay là 360∘:30=12∘ mỗi phút. Sau 20 phút, đu quay quay được một góc 20⋅12∘=240∘. Vị trí thấp nhất ban đầu của cabin ứng với tia OM hợp với tia Ox một góc −90∘. Sau khi quay thêm 240∘, tia OM hợp với tia Ox một góc −90∘+240∘=150∘. Theo Bảng 3.2, sin150∘=21. Tung độ của cabin so với tâm quay là 75sin150∘=75⋅21=37,5 (m). Độ cao của cabin so với mặt đất là 90+37,5=127,5 (m).
Vậy sau 20 phút quay, người đó ở độ cao 127,5 m.
2Cách 2. Dùng tam giác vuông và hệ thức góc bù nhau để tính sin150° từ góc 30°.
Định hướng. Thay vì tra bảng trực tiếp, tính sin150∘ qua góc bù 30∘ bằng hệ thức sin(180∘−α)=sinα (mục 2), rồi dùng tam giác vuông tạo bởi bán kính và hình chiếu của cabin trên trục Ox để suy ra độ cao.
Góc mà bán kính hợp với tia Ox sau khi quay là 150∘ (tính như cách 1). Vì 150∘=180∘−30∘ nên theo hệ thức góc bù nhau, sin150∘=sin(180∘−30∘)=sin30∘=21. Gọi H là hình chiếu vuông góc của vị trí cabin trên trục Ox; tam giác vuông tạo bởi tâm quay, cabin và H có cạnh huyền bằng bán kính 75 m và góc nhọn kề cạnh huyền bằng 180∘−150∘=30∘ (góc giữa bán kính và tia đối của Ox). Khoảng cách từ cabin đến trục Ox là 75sin30∘=75⋅21=37,5 (m), trùng với 75sin150∘ ở cách 1. Độ cao của cabin so với mặt đất là 90+37,5=127,5 (m).
Vậy kết quả khớp cách 1: người đó ở độ cao 127,5 m.
Nhận xét. Vì đu quay quay đều nên độ cao của cabin chỉ phụ thuộc vào góc quay được tính theo mốc vị trí thấp nhất ban đầu, không phụ thuộc chiều quay.
3Cách 3. Dùng tính đối xứng — vị trí sau 20 phút cùng độ cao với vị trí sau 10 phút
Định hướng. Hai vị trí ứng với góc quay 120∘ và 240∘ tính từ điểm thấp nhất thì đối xứng nhau qua trục đứng của vòng quay nên CÙNG độ cao; nhờ vậy chỉ cần tính với góc 120∘ nằm trong khoảng đã học.
Mỗi vòng quay hết 30 phút ứng với 360∘ nên tốc độ quay là 30360∘=12∘ mỗi phút Sau 20 phút, cabin quay được 12∘⋅20=240∘ tính từ vị trí thấp nhất Sau 10 phút, cabin quay được 12∘⋅10=120∘ tính từ vị trí thấp nhất Hai góc 120∘ và 240∘ có tổng bằng 360∘ nên hai vị trí đối xứng nhau qua trục đứng đi qua tâm, do đó cùng độ cao Với góc quay 120∘, độ cao của cabin so với TÂM vòng quay là −75cos120∘=−75⋅(−21)=37,5 (m) Độ cao so với mặt đất là 90+37,5=127,5 (m)
Vậy sau 20 phút quay, người đó ở độ cao 127,5 m so với mặt đất.
Nhận xét. Quy góc 240∘ về 120∘ nhờ đối xứng là mẹo bắt buộc ở lớp 10 tập 1, vì giá trị lượng giác mới chỉ được định nghĩa tới 180∘.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: đặt hệ trục tại tâm vòng quay rồi tính tung độ bằng 75sin150∘=37,5 m và cộng 90 m — lời giải này bám sát bảng giá trị đặc biệt nên ít phải lập luận.
Đáp số.Sau 20 phút quay, người đó ở độ cao 127,5 m.
Sai lầm thường gặp.Quên vị trí ban đầu của cabin ứng với góc −90∘ (không phải 0∘), rồi dùng luôn góc quay 240∘ để tính 75sin240∘, dẫn đến kết quả sai vì sin240∘<0.
🚀 Mở rộng.Cùng công thức ấy cho mọi thời điểm: sau t phút (với 0≤t≤15) độ cao là 90−75cos(12t)∘ mét; chẳng hạn t=15 cho 90+75=165 m, đúng là vị trí cao nhất của vòng quay.
Bài 6 · 3.1★Trang 37— Tính giá trị biểu thức lượng giác bằng bảng giá trị đặc biệt
3.1 (trang 37). Không dùng máy tính cầm tay, tính giá trị của các biểu thức sau: a) (2sin30∘+cos135∘−3tan150∘)⋅(cos180∘−cot60∘); b) sin290∘+cos2120∘+cos20∘−tan260∘+cot2135∘; c) cos60∘⋅sin30∘+cos230∘. Chú ý.sin2α=(sinα)2, cos2α=(cosα)2, tan2α=(tanα)2, cot2α=(cotα)2.
Cả ba biểu thức đều chỉ chứa các góc đặc biệt 0∘, 30∘, 60∘, 90∘, 120∘, 135∘, 150∘, 180∘ nên về nguyên tắc chỉ cần tra bảng rồi tính. Nhưng câu c) có cos60∘=sin30∘ nên biểu thức thu về sin230∘+cos230∘, dùng hệ thức cơ bản là ra ngay 1 mà không phải tính căn. Bẫy là dấu của các góc tù: cos135∘, tan150∘, cos180∘, cot135∘ đều ÂM, để sót một dấu là sai cả câu.
1Cách 1. Thay trực tiếp giá trị đặc biệt vào từng biểu thức rồi rút gọn.
Định hướng. Tra đúng giá trị lượng giác của mỗi góc đặc biệt ở Bảng 3.1, 3.2 rồi thay vào biểu thức, thực hiện phép tính theo đúng thứ tự.
a) 2sin30∘+cos135∘−3tan150∘=2⋅21+(−22)−3⋅(−33)=1−22+3. cos180∘−cot60∘=−1−33. Tích hai thừa số: (1−22+3)(−1−33)=−2−343+22+66. b) sin290∘+cos2120∘+cos20∘−tan260∘+cot2135∘=12+(−21)2+12−(3)2+(−1)2. =1+41+1−3+1=41. c) cos60∘⋅sin30∘+cos230∘=21⋅21+(23)2=41+43=1.
Vậy a) −2−343+22+66; b) 41; c) 1.
2Cách 2. Dùng quan hệ hai góc bù nhau để rút gọn trước khi tra bảng góc nhọn.
Định hướng. Với các góc tù (120∘, 135∘, 150∘), đưa về góc nhọn bù với nó (60∘, 45∘, 30∘) bằng hệ thức góc bù nhau rồi mới thay số, để chỉ cần nhớ Bảng 3.1.
a) cos135∘=−cos(180∘−135∘)=−cos45∘=−22; tan150∘=−tan(180∘−150∘)=−tan30∘=−33. Thay vào: 2⋅21−22−3⋅(−33)=1−22+3, giống cách 1. (1−22+3)(−1−33)=−2−343+22+66. b) cos120∘=−cos60∘=−21, cot135∘=−cot45∘=−1; thay vào: 1+(−21)2+1−3+(−1)2=41. c) Không có góc tù nên giữ nguyên: cos60∘⋅sin30∘+cos230∘=41+43=1.
Vậy cả ba kết quả trùng khớp với cách 1: a) −2−343+22+66; b) 41; c) 1.
Nhận xét. Cách 2 chỉ cần thuộc Bảng 3.1 (các góc từ 0∘ đến 90∘) và hệ thức góc bù nhau, không cần nhớ thêm Bảng 3.2.
3Cách 3. Dùng các hệ thức lượng giác cơ bản để tính thay cho việc tra bảng
Định hướng. Thay vì nhớ từng ô trong bảng, hãy suy các giá trị bình phương từ hệ thức sin2+cos2=1, 1+tan2=cos21, 1+cot2=sin21, rồi gắn dấu theo vị trí của góc.
sin30∘=21 nên cos230∘=1−41=43 và cos30∘=23 vì 30∘ là góc nhọn sin135∘=22 nên cos2135∘=21, mà 135∘ tù nên cos135∘=−22; từ 1+cot2135∘=sin2135∘1=2 được cot2135∘=1 và cot135∘=−1 sin150∘=21 nên 1+cot2150∘=4, do đó cot150∘=−3 và tan150∘=−33 1+tan260∘=cos260∘1=4 nên tan260∘=3 và cot60∘=33; cos180∘=−1; sin90∘=1; cos0∘=1; cos2120∘=1−43=41 a) 2sin30∘+cos135∘−3tan150∘=1−22+3 và cos180∘−cot60∘=−1−33 Nhân hai kết quả: (1−22+3)(−1−33)=−2−343+22+66 b) sin290∘+cos2120∘+cos20∘−tan260∘+cot2135∘=1+41+1−3+1=41 c) Vì cos60∘=sin30∘ nên biểu thức thành sin230∘+cos230∘=1
Vậy a) −2−343+22+66≈−3,194; b) 41; c) 1.
Nhận xét. Câu c) là ví dụ đẹp: nhận ra cos60∘=sin30∘ thì đáp số 1 hiện ra ngay mà không cần tính một căn thức nào.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 2: quy hết các góc tù về góc nhọn bù với nó rồi mới tra bảng — làm thế thì mọi dấu âm đều được xử lí ở cùng một bước, khó sót nhất.
Đáp số.a) −2−343+22+66≈−3,194; b) 41; c) 1.
Sai lầm thường gặp.Nhầm cos135∘, tan150∘ mang dấu dương vì chỉ nhớ giá trị của góc nhọn bù với nó mà quên đổi dấu do góc đã cho là góc tù.
🚀 Mở rộng.Câu c) tổng quát thành hằng đẳng thức cos(90∘−α)sinα+cos2α=sin2α+cos2α=1 đúng với MỌI α, chứ không riêng α=30∘.
Bài 7 · 3.2★★Trang 37— Rút gọn biểu thức lượng giác bằng hệ thức góc bù nhau
3.2 (trang 37). Đơn giản các biểu thức sau: a) sin100∘+sin80∘+cos16∘+cos164∘; b) 2sin(180∘−α)⋅cotα−cos(180∘−α)⋅tanα⋅cot(180∘−α), với 0∘<α<90∘.
Kiến thức cần nhớ
Hai góc bù nhau: sin(180∘−α)=sinα; cos(180∘−α)=−cosα; tan(180∘−α)=−tanα; cot(180∘−α)=−cotα.
tanα⋅cotα=1 (với α=0∘,90∘,180∘); sinα⋅cotα=cosα.
🧠 Phân tích tư duy
Ở câu a), các cặp 100∘ với 80∘ và 164∘ với 16∘ đều có tổng bằng 180∘ — nhận ra hai cặp bù nhau này là xong nửa bài. Ở câu b), mọi hạng tử đều xoay quanh một góc α nên hướng an toàn nhất là quy hết về sinα và cosα rồi rút gọn như một phân thức. Bẫy là nhớ nhầm cos(180∘−α)=cosα, khi ấy hai hạng tử của câu b) sẽ cộng thay vì trừ.
Định hướng. Nhận ra từng cặp số hạng ứng với hai góc bù nhau, dùng hệ thức sin(180∘−α)=sinα và cos(180∘−α)=−cosα để ghép và rút gọn.
a) 100∘ và 80∘ bù nhau (100∘=180∘−80∘) nên sin100∘=sin80∘, do đó sin100∘+sin80∘=2sin80∘. 164∘ và 16∘ bù nhau (164∘=180∘−16∘) nên cos164∘=−cos16∘, do đó cos16∘+cos164∘=cos16∘−cos16∘=0. Vậy biểu thức bằng 2sin80∘+0=2sin80∘. b) Với 0∘<α<90∘: sin(180∘−α)=sinα; cos(180∘−α)=−cosα; cot(180∘−α)=−cotα. Thay vào: 2sin(180∘−α)⋅cotα=2sinα⋅cotα=2cosα (vì sinα⋅cotα=sinα⋅sinαcosα=cosα). cos(180∘−α)⋅tanα⋅cot(180∘−α)=(−cosα)⋅tanα⋅(−cotα)=cosα⋅(tanα⋅cotα)=cosα⋅1=cosα. Biểu thức trở thành 2cosα−cosα=cosα.
Vậy a) biểu thức rút gọn còn 2sin80∘; b) biểu thức rút gọn còn cosα.
2Cách 2. Đưa mọi góc về cùng một góc nhọn gốc trước khi rút gọn.
Định hướng. Ở câu a), thay mỗi góc bằng góc bù tương ứng ngay từ đầu để tất cả các số hạng đều theo cùng một góc nền 80∘ hoặc 16∘; ở câu b), thay các giá trị bù nhau bằng ẩn trung gian trước khi nhân để tránh nhầm dấu.
a) Viết lại toàn bộ theo góc nhọn: sin100∘=sin(180∘−80∘)=sin80∘; cos164∘=cos(180∘−16∘)=−cos16∘. Biểu thức trở thành sin80∘+sin80∘+cos16∘+(−cos16∘)=2sin80∘+0=2sin80∘, giống cách 1. b) Đặt u=sinα, v=cosα (với v=0 vì 0∘<α<90∘); khi đó cotα=uv, tanα=vu. sin(180∘−α)=u, cos(180∘−α)=−v, cot(180∘−α)=−uv. Biểu thức =2u⋅uv−(−v)⋅vu⋅(−uv)=2v−v=v=cosα, đúng bằng kết quả cách 1.
Vậy hai cách cho cùng kết quả: a) 2sin80∘; b) cosα.
Nhận xét. Đặt ẩn trung gian u=sinα, v=cosα ở câu b) giúp tránh nhầm dấu khi có nhiều thừa số âm nhân với nhau.
3Cách 3. Quy hết về sinα, cosα rồi rút gọn như phân thức; câu a) đọc trên nửa đường tròn đơn vị
Định hướng. Câu a) dùng vị trí đối xứng của các điểm trên nửa đường tròn đơn vị; câu b) thay tan, cot bằng thương của sin và cos rồi rút gọn.
a) Hai điểm ứng với 100∘ và 80∘ đối xứng nhau qua trục Oy nên CÙNG tung độ, do đó sin100∘=sin80∘ Hai điểm ứng với 164∘ và 16∘ cũng đối xứng qua Oy nên hoành độ ĐỐI nhau, do đó cos164∘=−cos16∘ và tổng cos16∘+cos164∘=0 Biểu thức a) bằng sin80∘+sin80∘+0=2sin80∘ b) Với 0∘<α<90∘: sin(180∘−α)=sinα, cos(180∘−α)=−cosα, cot(180∘−α)=−sinαcosα Hạng tử thứ nhất: 2sinα⋅sinαcosα=2cosα Hạng tử thứ hai: (−cosα)⋅cosαsinα⋅(−sinαcosα)=cosα Biểu thức b) bằng 2cosα−cosα=cosα
Vậy a) 2sin80∘; b) cosα.
Nhận xét. Quy hết về sin và cos biến bài lượng giác thành bài rút gọn phân thức — công cụ dùng được cho mọi biểu thức có lẫn tan với cot.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3 cho câu b): thay tan, cot bằng thương của sin, cos rồi rút gọn thì các thừa số tự triệt tiêu, không phải nhớ riêng công thức đổi dấu cho tan và cot.
Đáp số.a) 2sin80∘; b) cosα.
Sai lầm thường gặp.Ở câu b), quên đổi dấu của cot(180∘−α) thành −cotα, dẫn đến tính nhầm số hạng thứ hai bằng −cosα thay vì cosα và ra kết quả cuối cùng là 3cosα.
🚀 Mở rộng.Nếu bỏ điều kiện 0∘<α<90∘ thì phải nêu điều kiện xác định: α=90∘ để có tanα, và α khác 0∘, 180∘ để có cotα — kết quả rút gọn vẫn là cosα.
Bài 8 · 3.3★★Trang 37— Chứng minh các hệ thức lượng giác cơ bản
3.3 (trang 37). Chứng minh các hệ thức sau: a) sin2α+cos2α=1; b) 1+tan2α=cos2α1 (α=90∘); c) 1+cot2α=sin2α1 (0∘<α<180∘).
Kiến thức cần nhớ
M(x0;y0) là điểm trên nửa đường tròn đơn vị ứng với góc α, với cosα=x0, sinα=y0 và OM=1.
Ở lớp 9, với góc nhọn β trong tam giác vuông đã có sin2β+cos2β=1.
🧠 Phân tích tư duy
Hệ thức a) chính là phương trình đường tròn đơn vị viết lại: điểm M(cosα;sinα) nằm trên đường tròn bán kính 1 nên cos2α+sin2α=1. Hai hệ thức b), c) không cần chứng minh lại từ đầu — chúng là hệ quả trực tiếp của a) sau một phép chia. Bẫy là quên nêu điều kiện: chia cho cos2α đòi α=90∘, chia cho sin2α đòi α khác 0∘ và 180∘.
1Cách 1. Dùng phương trình đường tròn đơn vị, áp dụng chung cho mọi α.
Định hướng. Dùng ngay việc điểm M(x0;y0) nằm trên đường tròn tâm O bán kính 1 để có hệ thức a), rồi chia hai vế của a) cho cos2α hoặc sin2α để suy ra b), c).
a) Vì M(x0;y0) thuộc đường tròn tâm O bán kính R=1 nên x02+y02=1. Theo định nghĩa cosα=x0, sinα=y0, suy ra sin2α+cos2α=y02+x02=1. b) Với α=90∘ thì cosα=0; chia hai vế của a) cho cos2α: cos2αsin2α+1=cos2α1. Vì tanα=cosαsinα nên tan2α+1=cos2α1. c) Với 0∘<α<180∘ thì sinα=0; chia hai vế của a) cho sin2α: 1+sin2αcos2α=sin2α1. Vì cotα=sinαcosα nên 1+cot2α=sin2α1.
Vậy cả ba hệ thức a), b), c) đều đúng với mọi α thoả điều kiện tương ứng.
2Cách 2. Quy góc tù về góc nhọn bằng hệ thức góc bù nhau rồi dùng kết quả đã biết ở lớp 9.
Định hướng. Xét riêng hai trường hợp: α nhọn thì dùng ngay kết quả lớp 9; α tù thì quy về góc nhọn 180∘−α nhờ hệ thức góc bù nhau, sau đó b), c) suy ra từ a) bằng phép chia tương tự nhưng viết theo thứ tự đảo ngược (quy đồng vế trái trước khi thay a) vào tử số).
a) Nếu α nhọn (0∘<α<90∘): đây chính là góc nhọn trong tam giác vuông đã học ở lớp 9, nên sin2α+cos2α=1 đúng. Nếu α tù (90∘<α<180∘): góc 180∘−α là góc nhọn nên sin2(180∘−α)+cos2(180∘−α)=1; mà sin(180∘−α)=sinα và cos(180∘−α)=−cosα nên sin2α+(−cosα)2=1, tức sin2α+cos2α=1. Với α=0∘,90∘,180∘, thay trực tiếp giá trị ở Bảng 3.1 đều cho tổng bằng 1. b) Quy đồng mẫu số cos2α ở vế trái: 1+tan2α=cos2αcos2α+cos2αsin2α=cos2αcos2α+sin2α. Theo câu a), tử số bằng 1, nên 1+tan2α=cos2α1. c) Tương tự, quy đồng mẫu số sin2α: 1+cot2α=sin2αsin2α+cos2α=sin2α1 (theo câu a)).
Vậy cả ba hệ thức được chứng minh, khớp với cách 1.
Nhận xét. Ba hệ thức ở bài này (đặc biệt câu a) là hệ thức cơ bản nhất, dùng lại xuyên suốt khi tính giá trị lượng giác còn lại của một góc khi biết một giá trị (như Bài 3.4).
3Cách 3. Suy b) và c) từ a) bằng một phép chia
Định hướng. Chứng minh a) bằng định nghĩa, rồi chia hai vế của a) cho cos2α để được b) và chia cho sin2α để được c) — cả ba hệ thức chỉ tốn một lần lập luận hình học.
Điểm M ứng với α trên nửa đường tròn đơn vị có toạ độ M(cosα;sinα) và OM=1 OM2=cos2α+sin2α=1, đó là hệ thức a) Với α=90∘ thì cosα=0; chia hai vế của a) cho cos2α: cos2αsin2α+1=cos2α1 Vì tanα=cosαsinα nên 1+tan2α=cos2α1, đó là hệ thức b) Với 0∘<α<180∘ thì sinα>0 nên sinα=0; chia hai vế của a) cho sin2α: 1+sin2αcos2α=sin2α1 Vì cotα=sinαcosα nên 1+cot2α=sin2α1, đó là hệ thức c)
Vậy cả ba hệ thức đều đúng: sin2α+cos2α=1; 1+tan2α=cos2α1 với α=90∘; 1+cot2α=sin2α1 với 0∘<α<180∘.
Nhận xét. Ba hệ thức thực chất chỉ là MỘT, viết dưới ba dạng khác nhau — nhớ hệ thức a) rồi chia là ra hai hệ thức kia, khỏi học thuộc riêng.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 3: chứng minh a) bằng OM=1 rồi chia hai vế cho cos2α và sin2α — vừa ngắn vừa buộc phải viết điều kiện xác định, đúng chỗ giám khảo hay trừ điểm.
Đáp số.a) sin2α+cos2α=1; b) 1+tan2α=cos2α1 (α=90∘); c) 1+cot2α=sin2α1 (0∘<α<180∘).
Sai lầm thường gặp.Ở câu b), c), quên nêu điều kiện α=90∘ (câu b) hoặc 0∘<α<180∘ (câu c) để mẫu số khác 0, khiến hệ thức vô nghĩa tại các góc bị loại.
🚀 Mở rộng.Từ b) suy ra cos2α=1+tan2α1, công thức rất tiện khi bài cho tanα và bắt tính sinα, cosα — chính là tình huống của Bài 3.4.
Bài 9 · 3.4★★★Trang 37— Tính giá trị biểu thức lượng giác khi biết tanα
3.4 (trang 37). Cho góc α (0∘<α<180∘) thoả mãn tanα=3. Tính giá trị của biểu thức: P=3sinα+2cosα2sinα−3cosα.
Kiến thức cần nhớ
Vì tanα=3=0 nên α=90∘, do đó cosα=0; có thể chia cả tử và mẫu của phân thức theo sinα, cosα cho cosα.
Hệ thức 1+tan2α=cos2α1 (Bài 3.3b) cho phép tính cos2α khi biết tanα.
🧠 Phân tích tư duy
Cả tử và mẫu của P đều là biểu thức BẬC NHẤT thuần nhất theo sinα và cosα, nên chia cả hai cho cosα là biến P thành biểu thức chỉ chứa tanα — đây là dấu hiệu nhận dạng quan trọng nhất của dạng bài này. Nhờ tính thuần nhất mà không cần biết riêng sinα và cosα, chỉ cần tỉ số của chúng. Bẫy là đi tính sinα, cosα rồi quên xét dấu: vì tanα=3>0 và 0∘<α<180∘ nên α phải là góc NHỌN, do đó cosα>0.
1Cách 1. Chia cả tử và mẫu của P cho cosα để đưa về biểu thức chỉ chứa tanα.
Định hướng. Vì cosα=0 (do tanα xác định), chia cả tử và mẫu của P cho cosα để mọi số hạng chỉ còn theo tanα, rồi thay tanα=3.
P=3sinα+2cosα2sinα−3cosα=cosα3sinα+2cosα2sinα−3=3tanα+22tanα−3. Thay tanα=3: P=3⋅3+22⋅3−3=9+26−3=113.
VậyP=113.
2Cách 2. Tính trực tiếp sinα, cosα từ tanα rồi thay số vào P.
Định hướng. Dùng hệ thức 1+tan2α=cos2α1 (Bài 3.3b) để tìm cos2α, xác định dấu của cosα theo dấu của tanα, rồi suy ra sinα và thay trực tiếp vào P.
Vì tanα=3>0 và 0∘<α<180∘ nên α là góc nhọn (do góc tù có tanα<0), suy ra cosα>0. Theo Bài 3.3b: cos2α1=1+tan2α=1+32=10, suy ra cos2α=101, do đó cosα=101 (lấy dấu dương). sinα=tanα⋅cosα=3⋅101=103. Thay vào P: P=3⋅103+2⋅1012⋅103−3⋅101=109+102106−103=1011103=113.
VậyP=113, khớp với kết quả ở cách 1.
Nhận xét. Cách chia cho cosα ở cách 1 gọn hơn nhiều vì không cần xét dấu của cosα, sinα riêng lẻ; điều này chỉ làm được vì P là thương của hai biểu thức bậc nhất theo sinα, cosα.
3Cách 3. Đặt sinα=3k, cosα=k rồi rút gọn
Định hướng. Điều kiện tanα=3 nghĩa là sinα=3cosα; đặt cosα=k thì sinα=3k, thay vào P thì k tự triệt tiêu vì tử và mẫu cùng bậc nhất theo k.
tanα=3>0 và 0∘<α<180∘ nên α là góc nhọn, do đó cosα>0 tanα=cosαsinα=3 nên sinα=3cosα; đặt cosα=k với k>0 thì sinα=3k P=3⋅3k+2⋅k2⋅3k−3⋅k=9k+2k6k−3k=11k3k Vì k>0 nên rút gọn được P=113 Kiểm chứng: từ 1+tan2α=cos2α1 có cos2α=101 nên k=101, thay vào cho cùng kết quả
VậyP=113.
Nhận xét. Vì tử và mẫu cùng bậc nhất nên giá trị của P chỉ phụ thuộc TỈ SỐ cosαsinα — đó là lí do biết mỗi tanα đã đủ để tính P.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi.Đi thi dùng Cách 1: chia cả tử và mẫu cho cosα để được P=3tanα+22tanα−3 rồi thay tanα=3 — hai dòng là xong, không phải tính sinα, cosα nên không lo sai dấu.
Đáp số.P=113.
Sai lầm thường gặp.Chia cả tử và mẫu cho sinα thay vì cosα, tạo ra biểu thức chứa cotα mà không có sẵn giá trị, khiến bài toán phức tạp hơn không cần thiết; hoặc quên xác định dấu của cosα ở cách 2.
🚀 Mở rộng.Cùng cách ấy tính được mọi biểu thức thuần nhất, chẳng hạn Q=sinαcosαsin2α−cos2α — chia cả tử và mẫu cho cos2α được Q=tanαtan2α−1=39−1=38.