已知锐角αα,ββ满足:cos⁡α=13\cos α= \dfrac {1}{3},cos⁡(α+β)=−13\cos (α+β)=- \dfrac {1}{3},则cos⁡(α−β)=()\cos (α-β)=()
A. −12- \dfrac {1}{2}
B. 12 \dfrac {1}{2}
C. −13- \dfrac {1}{3}
D. 2327 \dfrac {23}{27}

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完整解法

1. 确定 $\alpha$ 与 $\alpha+\beta$ 的正弦值

因为 α\alpha 为锐角,且 cos⁡α=13\cos \alpha = \dfrac{1}{3},
所以 sin⁡α=1−cos⁡2α=1−(13)2=223\sin \alpha = \sqrt{1 - \cos^2 \alpha} = \sqrt{1 - \left(\dfrac{1}{3}\right)^2} = \dfrac{2\sqrt{2}}{3}。

因为 α,β\alpha, \beta 均为锐角,所以 0<α+β<π0 < \alpha+\beta < \pi。
又因为 cos⁡(α+β)=−13\cos(\alpha+\beta) = -\dfrac{1}{3},
所以 sin⁡(α+β)=1−cos⁡2(α+β)=1−(−13)2=223\sin(\alpha+\beta) = \sqrt{1 - \cos^2(\alpha+\beta)} = \sqrt{1 - \left(-\dfrac{1}{3}\right)^2} = \dfrac{2\sqrt{2}}{3}。

2. 利用两角差的余弦公式求出 $\cos \beta$

利用变角技巧将 β\beta 写作 (α+β)−α(\alpha+\beta) - \alpha,
则 cos⁡β=cos⁡[(α+β)−α]=cos⁡(α+β)cos⁡α+sin⁡(α+β)sin⁡α\cos \beta = \cos [(\alpha+\beta) - \alpha] = \cos(\alpha+\beta)\cos \alpha + \sin(\alpha+\beta)\sin \alpha
将已知和已求得的代数式值代入上式,得:
cos⁡β=(−13)×13+223×223=−19+89=79\cos \beta = \left(-\dfrac{1}{3}\right) \times \dfrac{1}{3} + \dfrac{2\sqrt{2}}{3} \times \dfrac{2\sqrt{2}}{3} = -\dfrac{1}{9} + \dfrac{8}{9} = \dfrac{7}{9}。

3. 求出 $\sin \beta$ 的值

因为 β\beta 为锐角,所以 sin⁡β>0\sin \beta > 0。
因此 sin⁡β=1−cos⁡2β=1−(79)2=3281=429\sin \beta = \sqrt{1 - \cos^2 \beta} = \sqrt{1 - \left(\dfrac{7}{9}\right)^2} = \sqrt{\dfrac{32}{81}} = \dfrac{4\sqrt{2}}{9}。

4. 计算 $\cos(\alpha-\beta)$ 的值

由两角差的余弦公式展开:
cos⁡(α−β)=cos⁡αcos⁡β+sin⁡αsin⁡β\cos(\alpha-\beta) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta
代入各值计算可得:
cos⁡(α−β)=13×79+223×429=727+1627=2327\cos(\alpha-\beta) = \dfrac{1}{3} \times \dfrac{7}{9} + \dfrac{2\sqrt{2}}{3} \times \dfrac{4\sqrt{2}}{9} = \dfrac{7}{27} + \dfrac{16}{27} = \dfrac{23}{27}。

故本题选 D。

答案

D

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