已知0<α<π2<β<π0 < α < \dfrac{π}{2} < β < π ,a→=(cos⁡α,3)b→=(−4,sin⁡α)\overset{→}{a}=(\cos α,3) \overset{→}{b}=(-4,\sin α),且a→⊥b→\overset{→}{a}⊥ \overset{→}{b},cos⁡(β−α)=210\cos (β-α)= \dfrac{ \sqrt{2}}{10} . (I)(I)求tan⁡α\tan α 和sin⁡α\sin α 的值; (II)(II)求sin⁡β\sin β 的值.

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完整解法

(I)

1. 利用向量垂直的坐标表示求出 $\tan \alpha$ 的值

因为 a⃗⊥b⃗\vec{a} \perp \vec{b} 且 a⃗=(cos⁡α,3)\vec{a}=(\cos\alpha, 3),b⃗=(−4,sin⁡α)\vec{b}=(-4, \sin\alpha),
所以 a⃗⋅b⃗=−4cos⁡α+3sin⁡α=0\vec{a} \cdot \vec{b} = -4\cos\alpha + 3\sin\alpha = 0,
即 3sin⁡α=4cos⁡α3\sin\alpha = 4\cos\alpha。
由于 0<α<π20 < \alpha < \dfrac{\pi}{2},得 cos⁡α≠0\cos\alpha \neq 0,
所以 tan⁡α=sin⁡αcos⁡α=43\tan\alpha = \dfrac{\sin\alpha}{\cos\alpha} = \dfrac{4}{3}。

2. 利用同角三角函数的基本关系求出 $\sin \alpha$ 的值

由 tan⁡α=43\tan\alpha = \dfrac{4}{3},结合 sin⁡2α+cos⁡2α=1\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1,
可联立方程组:
{3sin⁡α=4cos⁡αsin⁡2α+cos⁡2α=1\begin{cases} 3\sin\alpha = 4\cos\alpha \\ \sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1 \end{cases}
解得 sin⁡α=±45\sin\alpha = \pm \dfrac{4}{5}。
因为 0<α<π20 < \alpha < \dfrac{\pi}{2},所以 sin⁡α>0\sin\alpha > 0,
故 sin⁡α=45\sin\alpha = \dfrac{4}{5}。

答案

tan⁡α=43\tan \alpha = \dfrac{4}{3},sin⁡α=45\sin \alpha = \dfrac{4}{5}

(II)

1. 确定角 $\beta-\alpha$ 的范围,并求出 $\sin(\beta-\alpha)$ 的值

由第(I)问易得 cos⁡α=35\cos\alpha = \dfrac{3}{5}。
因为 0<α<π2<β<π0 < \alpha < \dfrac{\pi}{2} < \beta < \pi,
所以 0<β−α<π0 < \beta - \alpha < \pi。
又已知 cos⁡(β−α)=210>0\cos(\beta-\alpha) = \dfrac{\sqrt{2}}{10} > 0,
所以 β−α\beta - \alpha 为第一象限角,即 0<β−α<π20 < \beta - \alpha < \dfrac{\pi}{2}。
因此,\sin(\beta-\alpha) = \sqrt{1 - \cos^2(\beta-\alpha)} = \sqrt{1 - \left(\dfrac{\sqrt{2}}{10} ight)^2} = \dfrac{7\sqrt{2}}{10}。

2. 利用两角和的正弦公式求出 $\sin \beta$ 的值

因为 β=(β−α)+α\beta = (\beta-\alpha) + \alpha,
所以 sin⁡β=sin⁡[(β−α)+α]=sin⁡(β−α)cos⁡α+cos⁡(β−α)sin⁡α\sin\beta = \sin[(\beta-\alpha) + \alpha] = \sin(\beta-\alpha)\cos\alpha + \cos(\beta-\alpha)\sin\alpha。
将已知和已求数据代入得:
sin⁡β=7210×35+210×45=212+4250=25250=22\sin\beta = \dfrac{7\sqrt{2}}{10} \times \dfrac{3}{5} + \dfrac{\sqrt{2}}{10} \times \dfrac{4}{5} = \dfrac{21\sqrt{2} + 4\sqrt{2}}{50} = \dfrac{25\sqrt{2}}{50} = \dfrac{\sqrt{2}}{2}。

答案

sin⁡β=22\sin \beta = \dfrac{\sqrt{2}}{2}

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