题目
11. cos(2arctan(b)/(a))=(a>b>0)A. (a^2-b^2)/(a^2)+b^(2)B. (a-b)/(a^2)+b^(2)C. (a+b)/(a^2)+b^(2)D. (2a)/(a^2)+b^(2)
11. $\cos(2\arctan\frac{b}{a})=(a>b>0)$
A. $\frac{a^{2}-b^{2}}{a^{2}+b^{2}}$
B. $\frac{a-b}{a^{2}+b^{2}}$
C. $\frac{a+b}{a^{2}+b^{2}}$
D. $\frac{2a}{a^{2}+b^{2}}$
题目解答
答案
A. $\frac{a^{2}-b^{2}}{a^{2}+b^{2}}$
解析
本题考查三角函数的二倍角公式以及反三角函数的相关知识。解题的关键思路是先设一个中间变量,将反三角函数转化为普通三角函数,再利用二倍角公式进行计算。
- 设$\theta = \arctan\frac{b}{a}$,根据反三角函数的定义可知$\tan\theta=\frac{b}{a}$,且$\theta\in(0,\frac{\pi}{4})$(因为$a > b > 0$)。
- 要求$\cos(2\arctan\frac{b}{a})$,即求$\cos2\theta$。根据余弦的二倍角公式$\cos2\theta=\cos^{2}\theta - \sin^{2}\theta$,又因为$\sin^{2}\theta+\cos^{2}\theta = 1$,所以$\cos2\theta=\frac{\cos^{2}\theta - \sin^{2}\theta}{\sin^{2}\theta+\cos^{2}\theta}$。
- 分子分母同时除以$\cos^{2}\theta$(因为$\cos\theta\neq0$),得到$\cos2\theta=\frac{1 - \tan^{2}\theta}{1 + \tan^{2}\theta}$。
- 把$\tan\theta=\frac{b}{a}$代入上式,可得:
- $\cos2\theta=\frac{1 - (\frac{b}{a})^{2}}{1 + (\frac{b}{a})^{2}}$。
- 先对分子分母分别化简,分子$1 - (\frac{b}{a})^{2}=\frac{a^{2}-b^{2}}{a^{2}}$,分母$1 + (\frac{b}{a})^{2}=\frac{a^{2}+b^{2}}{a^{2}}$。
- 则$\cos2\theta=\frac{\frac{a^{2}-b^{2}}{a^{2}}}{\frac{a^{2}+b^{2}}{a^{2}}}$。
- 根据除法运算法则,除以一个数等于乘以它的倒数,即$\cos2\theta=\frac{a^{2}-b^{2}}{a^{2}}\times\frac{a^{2}}{a^{2}+b^{2}}=\frac{a^{2}-b^{2}}{a^{2}+b^{2}}$。