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辅助角公式在解物理极值问题中的应用辅助角公式对于acosx+bsinx型函数,我们可以如此变形acosx+bsinx=Sqrt(a2+b2)(acosx/Sqrt(a2+b2)+bsinx/Sqrt(a2+b2),令点(b,a)为某一角终边上的点,则sin=a/Sqrt(a2+b2),cos=b/Sqrt(a2+b2)acosxbsinxSqrt(a2+b2)sin(x+arctan(a/b)这就是辅助角公式 设要证明的公式为asinA+bcosA=(a2+b2)sin(A+M) (tanM=b/a) 以下是证明过程: 设asinA+bcosA=xsin(A+M) asinA+bcosA=x(a/x)sinA+(b/x)cosA) 由题,(a/x)2+(b/x)2=1,sinM=a/x,cosM=b/x x=(a2+b2) asinA+bcosA=(a2+b2)sin(A+M) ,tanM=sinM/cosM=b/a辅助角公式 asin+ bcos= sin(a+),其中tan=b/a,其终边过点(a, b),asin +bcos= cos(a-),其中tan=a/b,其终边过点(b,a)例4一物体质量为m,置于倾角为的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为,若要使物体沿斜面匀速向上滑动,求拉力的最小值。解析:设拉力与斜面的夹角为,物体的受力分析,如图5所示。mgFNF图5f由物体的平衡条件可得:Fcos f = 0 FNmgcos= 0 又因f=FN 由式得:即:由数学知识,上式中分子值一定,当分母cos+sin最大时,分数值F最小。由辅助角公式,cos+sin=sin(+),其中tan=1/,当sin(+)=1时,cos+sin最大,此时+=90,cos+sin的最大值是,(即cos+sin满足))拉力的最小值:NFfmg图3例题4、物体放置在水平地面上,物理与地面之间的动摩擦因数为,物体重为G,欲使物体沿水平地面做匀速直线运动,所用的最小拉力F为多大?该题的已知量只有和G,说明最小拉力的表达式中最多只含有和G ,但是,物体沿水平地面做匀速直线运动时,拉力F可由夹角的不同值而有不同的取值。因此,可根据题意先找到F与夹角有关的关系式再作分析。解:设拉力F与水平方向的夹角为,根据题意可列平衡方程式, 即由联立解得:,其中, FFGFFFF图4说明1:的最大值为。说明2:对于例题4,我们也可用矢量知识求解:将摩擦力f和地面对木块的弹力N合成一个力F,如图,F与竖直方向的夹角为(为一定值)。这样木块可认为受到三个力:重力G,桌面对木块的作用力F和拉力F的作用。尽管F大小方向均未确定,F方向一定,但大小未定,但三力首尾相连后必构成三角形,如右图所示。只用当F与F垂直时,即拉力与水平方向成角时,拉力F最小为,而,故在倾角为的斜面上,水平放置一段通有电流强度为I,长为L,质量为m的导体棒a,(通电方向垂直纸面向里),如图所示,棒与斜面间动摩擦因数为(tan ).欲使导体棒静止在斜面上,可加匀强磁场,磁感应强度B最小值是多少?磁感应强度B的方向如何?解析
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