Chứng minh đẳng thức lượng giác (cách giải + bài tập)

Bài viết phương pháp giải bài tập Chứng minh đẳng thức lượng giác lớp 10 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Chứng minh đẳng thức lượng giác.

Chứng minh đẳng thức lượng giác (cách giải + bài tập)

1. Phương pháp giải

• Để chứng minh đẳng thức lượng giác, ta sử dụng các hệ thức cơ bản để biến đổi vế này thành vế kia hoặc chứng minh hai vế cùng bằng một biểu thức nào đó hoặc chứng minh hệ thức cần chứng minh tương đương với một hệ thức luôn đúng đã biết.

• Một số tính chất thường dùng:

+) Dựa vào định nghĩa giá trị lượng giác của một góc α (0° ≤ α ≤ 180°).

+) Quan hệ giữa các giá trị lượng giác

- Của 2 góc phụ nhau:

Với mọi góc α thỏa mãn 0° ≤ α ≤ 180°, ta luôn có:

sin(90° – α) = cosα;

cos(90° – α) = sinα;

tan(90° – α) = cotα (α ≠ 90°);

cot(90° – α) = tanα (0° < α < 180°).

- Của 2 góc bù nhau:

Với mọi góc α thỏa mãn 0° ≤ α ≤ 180°, ta luôn có:

sin(180° – α) = sinα;

cos(180° – α) = – cosα;

tan(180° – α) = – tanα (α ≠ 90°);

cot(180° – α) = – cotα (0° < α < 180°).

+) Dựa vào tính chất của tổng ba góc của một tam giác bằng 180°.

+) Sử dụng các hệ thức

Với mọi góc α thỏa mãn 0° ≤ α ≤ 180°, ta đều có:

$\tan \alpha =\frac{\sin \alpha }{\cos \alpha }\left(\alpha \ne 90°\right);\cot \alpha =\frac{cos\alpha }{\sin \alpha }\left(0°<\alpha <180°\right);$

${\sin }^2\alpha +co{s}^2\alpha =1$

$\tan \alpha .\cot \alpha =1\left(0°<\alpha <180°,\alpha \ne 90°\right)$

$1+{\tan }^2\alpha =\frac{1}{{\cos }^2\alpha }\left(\alpha \ne 90°\right);$

$1+{\cot }^2\alpha =\frac{1}{{\sin }^2\alpha }\left(0°<\alpha <180°\right).$

Chú ý: khai thác giải thiết và kết luận để tìm được các hệ thức thích hợp làm trung gian trong quá trình biến đổi.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1. Cho góc α thỏa mãn 0° ≤ α ≤ 180°. Chứng minh rằng

sin⁴ α − cos⁴ α = 2 sin² α − 1.

Hướng dẫn giải:

Cách 1. Ta có ${\cos }^4\alpha ={\left({\cos }^2\alpha \right)}^2={\left(1-{\sin }^2\alpha \right)}^2=1-2{\sin }^2\alpha +{\sin }^4\alpha$

Do đó: sin⁴ α − cos⁴ α = sin⁴ α – (1 – 2sin² α + sin⁴ α) = 2 sin² α − 1.

Vậy ta được điều phải chứng minh.

Cách 2. Ta có sin⁴ α − sin⁴ α = (sin² α + cos² α)( sin² α − cos² α)

 = 1. [sin² α – (1 − sin² α)] = 2 sin² α − 1.

Vậy sin⁴ α − cos⁴ α = 2 sin² α − 1.

Cách 3. Ta sử dụng phép biến đổi tương đương

sin⁴ α − cos⁴ α = 2 sin² α − 1

⇔ sin⁴ α − 2 sin² α + 1 − cos⁴ α = 0

⇔ (1 − sin² α)² − cos⁴ α = 0

⇔ cos⁴ α − cos⁴ α = 0  (luôn đúng).

Vậy đẳng thức được chứng minh.

Ví dụ 2. Cho tam giác ABC. Chứng minh rằng: cosA = − cos(B + C).

Hướng dẫn giải:

Áp dụng định lí tổng ba góc trong tam giác ABC, ta có  = 180°.

Suy ra: 180° − $\widehat{A}$ = $\widehat{B}$ + $\widehat{C}$.

Do đó: cos(180° – A) = cos(B + C).

Lại có: cos(180° – A) = – cosA           (quan hệ giữa hai góc bù nhau).

Khi đó ta có: – cosA = cos(B + C) ⇔ cosA = – cos(B + C).

Vậy đẳng thức được chứng minh.

3. Bài tập tự luyện

Bài 1. Chọn hệ thức đúng được suy ra từ hệ thức cos² α + sin² α = 1 với 0° ≤ α ≤ 180°?

A. ${\cos }^2\frac{\alpha }{2}+{\sin }^2\frac{\alpha }{2}=\frac{1}{2}$;

B. ${\cos }^2\frac{\alpha }{3}+{\sin }^2\frac{\alpha }{3}=\frac{1}{3}$;

C. ${\cos }^2\frac{\alpha }{4}+{\sin }^2\frac{\alpha }{4}=\frac{1}{4}$;

D. $5\left({\cos }^2\frac{\alpha }{5}+{\sin }^2\frac{\alpha }{5}\right)=5$.

Bài 2. Cho tam giác ABC, tìm đẳng thức sai trong các đẳng thức sau ?

A. sin A = sin (B + C);

B. tan A = tan (B + C);

C. $\cos \frac{A}{2}=\sin \frac{B+C}{2}$;

D. tan A = − tan (B + C).

Bài 3. Cho góc x với 0° < x < 90°. Trong các đẳng thức dưới đây, đẳng thức đúng là?

A. $\frac{1+\cot x}{1-\cot x}=\frac{\tan x+1}{\tan x-1}$;

B. $\frac{1+\cot x}{1-\cot x}=\frac{\tan x}{\tan x-1}$;

C. $\frac{1+\cot x}{1-\cot x}=\frac{\tan x+1}{\tan x}$;

D. $\frac{1+\cot x}{1-\cot x}=\frac{{\tan }^{2}x+1}{\tan x-1}$.

Bài 4. Với 0° ≤ x ≤ 180°, biểu thức (sin x + cos x)² bằng:

A. 1;

B. 1 + 2sin x. cos x;

C. 1 –  2sin x. cos x;

D. 0.

Bài 5. Cho 0° ≤ x ≤ 180°. Tìm đẳng thức đúng trong các đẳng thức dưới đây?

A. sin⁴ x + cos⁴ x = 1;

B. sin⁴ x + cos⁴ x = sin² x – cos² x;

C. sin⁴ x + cos⁴ x = 1 – 2 sin² x. cos² x;

D. sin⁴ x + cos⁴ x = 1 + 2 sin² x. cos² x.

Bài 6. Cho 0° ≤ x ≤ 180°. Giá trị của biểu thức (sin² x + cos² x)² + (sin² x − cos² x)²  

A. không phụ thuộc vào biến x;

B. phụ thuộc vào biến x;

C. bằng 0;

D. bằng 1.

Bài 7. Biểu thức 1 − (sin⁶ x + cos⁶ x) bằng biểu thức nào sau đây:

A. 3sin² x . cos ² x;

B. sin²x;

C. 1 − 3sin² x . cos ² x;

D. 2 + sin²x.

Bài 8. Tìm đẳng thức đúng trong các đẳng thức sau đây:

A. sin 20° = sin 160°;

B. cos 20° = cos 160°;

C. tan 20° = tan 160°;

D. cot 20° = cot 160°.

Bài 9. Biểu thức $\sqrt{{\sin }^{4}x+4{\cos }^{2}x}+\sqrt{{\cos }^{4}x+4{\sin }^{2}x}+{\tan }^{2}x$ bằng biểu thức nào sau đây?

A. 3 – tan²x;

B. 3 + tan²x;

C. tan²x;

D. 4 + tanx.

Bài 10. Cho (0° < α < 90°), khi đó sin (α + 90°) bằng

A. sin α;

B. cos α;

C. – sin α;

D. – cos α.

Xem thêm các dạng bài tập Toán 10 hay, chi tiết khác:

• Cho một giá trị lượng giác, tính các giá trị lượng giác còn lại hoặc tính giá trị biểu thức lượng giác

• Sử dụng máy tính cầm tay để tính giá trị lượng giác của một góc

• Xác định các cạnh và góc chưa biết trong tam giác

• Chứng minh đẳng thức, hệ thức liên quan

• Cách tính bán kính đường tròn nội tiếp, ngoại tiếp của tam giác

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

• Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
• Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
• Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều

---