三角函数的比值与图形 · 中五

三角函数的比值与图形:例题(中等)

把两三个概念结合起来:带观测者身高的仰角、在0°–360°范围内解三角方程,以及从三角图形读出关键特征。适合已能超越单步题目的学生。

例题 1

一名测量员站在平地上,距一栋垂直建筑物底部30 m。从她的眼睛看建筑物顶部的仰角为42°。

她的眼睛离地面1.5 m。求建筑物的高度,准确到最接近的0.1 m。

  1. 设 h₁ 为建筑物在眼睛水平以上的高度。水平距离为30 m。
  2. tan 42° = h₁ / 30,所以 h₁ = 30 × tan 42° = 30 × 0.9004 = 27.01 m。
  3. 眼睛离地面1.5 m,所以总高度 = 27.01 + 1.5。
  4. 建筑物高度 = 28.51 ≈ 28.5 m。

例题 2

在 0° ≤ x ≤ 360° 范围内解方程 2 cos x + 1 = 0。

  1. 整理:2 cos x = −1,所以 cos x = −1/2 = −0.5。
  2. 参考角 = cos⁻¹(0.5) = 60°。
  3. cos x 为负,所以 x 在第二和第三象限。
  4. 第二象限:x = 180° − 60° = 120°。第三象限:x = 180° + 60° = 240°。

例题 3

在 0° ≤ x ≤ 360° 范围内画出 y = 3 sin x 的图形。(a) 写出 y 的最大值和最小值。

(b) 写出最高点的坐标。(c) 写出方程 3 sin x = 2 在此范围内的解的个数。

  1. (a) 振幅为3,所以 y 从 −3 到 3:最大值 = 3,最小值 = −3。
  2. (b) 对于 y = 3 sin x,当 sin x = 1 时取最大值,即 x = 90°。最高点 = (90°, 3)。
  3. (c) 3 sin x = 2 即 sin x = 2/3 ≈ 0.667,是一条介于 −3 和 3 之间的水平线 y = 2。
  4. 水平线 y = 2 与正弦曲线的单个波峰相交两次(一次上升,一次下降),所以有2个解。

例题 4

在 0° ≤ x ≤ 360° 范围内解方程 4 sin x + 3 = 1。

  1. 整理:4 sin x = 1 − 3 = −2,所以 sin x = −½。
  2. 基本角(参考角)是 sin⁻¹(½) = 30°。
  3. 由于 sin x 为负,x 位于第三和第四象限。
  4. 第三象限:x = 180° + 30° = 210°。第四象限:x = 360° − 30° = 330°。

例题 5

从一座 80 m 高的垂直悬崖顶端看海上一艘船的俯角为 35°。求船到悬崖底部的水平距离。

  1. 从顶端看的俯角等于从船看的仰角,所以船处的角是 35°。
  2. 悬崖(80 m)是这个角的对边,水平距离 d 是邻边,所以 tan 35° = 80 / d。
  3. 整理:d = 80 / tan 35°。
  4. d = 80 / 0.7002 = 114.25 m。

例题 6

已知 sin θ = 3/5 且 θ 为钝角(90° < θ < 180°),求 cos θ 和 tan θ 的值。

  1. 求参考角时,用一个对边为 3、斜边为 5 的直角三角形;邻边为 √(5² − 3²) = √16 = 4。
  2. 所以参考角的比值为 cos = 4/5,tan = 3/4。
  3. θ 是钝角,位于第二象限,该象限余弦和正切为负(只有正弦为正)。
  4. 因此 cos θ = −4/5,tan θ = −3/4。

例题 7

一架长6.5米的梯子靠在一面垂直的墙上,梯脚离墙脚2.5米。求梯子与地面所成的角度(精确到最接近的度数),并求梯子在墙上到达的高度。

  1. 设θ为梯子与地面的夹角。cos θ = 邻边/斜边 = 2.5/6.5。
  2. θ = cos⁻¹(2.5/6.5) = cos⁻¹(0.3846) ≈ 67.4°,所以θ ≈ 67°(精确到最接近的度数)。
  3. 墙上到达的高度 = √(6.5² − 2.5²) = √(42.25 − 6.25) = √36 = 6米。

例题 8

解方程3 tan x − 5 = 1,其中0° ≤ x ≤ 360°。

  1. 3 tan x = 6,所以tan x = 2。
  2. 基本角/参考角 = tan⁻¹(2) = 63.4°。
  3. tan x在第一和第三象限为正,所以x = 63.4°或x = 180° + 63.4° = 243.4°。

资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)

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常见问题

中阶题目在基础三角比之上多要求什么技能?

中阶题目通常不再只涉及一个直角三角形,你可能需要在给定范围内画出三角函数图像、从图中读出仰角或俯角的值,或不用计算器就用上特殊角(30°、45°、60°)。判断一个角落在哪个象限也变得重要。

考官希望在图像类三角题的答案中看到什么?

曲线要画得整洁、比例正确,经过正确的关键点(最大值、最小值,以及与坐标轴的交点),并且严格画在题目给定的定义域内。对于仰角/俯角问题,计算之前应先画出标注清楚的图,标明水平线和角度。

中阶阶段学生最容易在哪里出错?

把仰角和俯角搞混(两者是从不同的水平线量起的)、画三角函数图时振幅或周期弄错,以及忘记第二、第三、第四象限的值可能是负的。应用题不画图也是常见的失分原因。

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