内容正文:
第17课 函数y=Asin(ωx+φ)
普查与练习17 函数y=Asin(ωx+φ)
1.“五点法”画正、余弦型函数的图像
(1)(2021广东珠海校级模拟节选,6分)已知函数f(x)=cos(x+)+sinx.利用“五点法”列表,并画出f(x)在上的图像.
答案:见解答过程
解:函数f(x)=cos+sinx=cosxcos-sinxsin+sinx=cosx+sinx=sin.(3分)
利用“五点法”列表如下:
x+
0
π
2π
x
-
f(x)
0
1
0
-1
0
画出f(x)在上的图像,如图所示.
(6分)
2.三角函数图像变换
a.常见的三角函数图像变换
(2)(多选)(2020山东模拟,5分)函数f(x)=2sin的图像可由函数g(x)=sin2x
-cos2x的图像如何变化得到( AD )
A.先将g(x)的图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再向左平移个单位
B.先将g(x)的图像上所有点的横坐标缩短到原来的,纵坐标不变,再向左平移个单位
C.先将g(x)的图像上所有点向左平移个单位,再将所得图像上所有点的横坐标缩短到原来的,纵坐标不变
D.先将g(x)的图像上所有点向左平移个单位,再将所得图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变
解析:g(x)=sin2x-cos2x=2sin.
先将g(x)=2sin的图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,可得y=2sin的图像;再将所得图像向左平移个单位,可得函数f(x)=2sin的图像,故A正确.
先将函数g(x)的图像上所有点向左平移个单位,可得y=2sin的图像;再将所得图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,可得函数f(x)=2sin的图像,故D正确.故选AD.
(3)(2021全国Ⅱ,5分)把函数y=f(x)图像上所有点的横坐标缩短到原来的,纵坐标不变,再把所得曲线向右平移个单位长度,得到函数y=sin的图像,则f(x)=( B )
A.sin B.sin
C.sin D.sin
解析:(法一)函数y=f(x)图像上所有点的横坐标缩短到原来的,纵坐标不变,得到y=f(2x)的图像,再把所得曲线向右平移个单位长度,得到y=f的图像.
根据已知得到函数y=sin的图像,
所以f=sin.
令t=2,则x=+,x-=+,
所以f(t)=sin,即f(x)=sin.故选B.
(法二)由函数y=sin的图像逆向变换.
第一步:向左平移个单位长度,得到y=sin(x+-)=sin的图像;
第二步:图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,得到y=sin的图像,即为y=f(x)的图像,所以f(x)=sin.故选B.
(4)(2020辽宁沈阳一模,5分)如果将函数y=sinx+cosx的图像向右平移θ个单位得到函数y=3sinx+acosx(a<0)的图像,则tanθ的值为( A )
A.2 B. C. D.3
解析:函数y=sinx+cosx=(sinx+cosx)=sin,将其图像向右平移θ个单位后,可得到函数y=sin的图像.
函数y=3sinx+acosx=sin(x+φ),其中tanφ=.
由题可知,y=sin与y=sin(x+φ) 表示同一函数,∴=,且-θ+2kπ=φ,k∈Z.
又a<0,∴a=-1,此时tanφ=-.
∵θ=-φ+2kπ,k∈Z,
∴tanθ=tan==2.故选A.
b.诱导公式在三角函数图像变换中的应用
(5)(2021安徽池州适应性考试,5分)已知曲线C1:y=cosx,C2:y=sin,则下面结论正确的是( D )
A.把C1上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移个单位长度,得到曲线C2
B.把C1上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向左平移个单位长度,得到曲线C2
C.把C1上各点的横坐标缩短到原来的,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移个单位长度,得到曲线C2
D.把C1上各点的横坐标缩短到原来的,纵坐标不变,再把得到的曲线向左平移个单位长度,得到曲线C2
解析:因为C2:y=sin=sin(2x++)=cos,故把问题转化为由y=cosx的图像经何种变换得到y=cos的图像.将y=cosx的图像上各点的纵坐标不变,横坐标缩短为原来的,得到y=cos2x的图像,再将y=cos2x的图像向左平移个单位长度得到y=cos的图像.故选D.
(6)(经典题,5分)将函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,-<φ<)图像上每一点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移个单位长度得到y=cosx的图像,则f=( C )
A.1 B. C. D.-
解析:(法一)由题意可知,函数y=cosx的图像先向右平移个单位长度,得到y=cos的图像;再将其图像上的每一点的横坐标缩短至原来的(纵坐标不变),可以得到函数y=cos的图像.根据题意知f(x)=cos,∴f=.故选C.
(法二)将函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,-<φ<)图像上每一点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),可得y=sin的图像;
再将其图像向左平移个单位长度,可得y=sin[ω(x+)+φ]=sin(ωx++φ)的图像.
∵最终得到y=cosx=sin的图像,∴ω=1,+φ=2kπ+,k∈Z,∴ω=2,
φ=2kπ-,k∈Z.∵-<φ<,
∴φ=-,∴f(x)=sin(2x-),∴f=sin=.故选C.
(7)(2021天津校级月考,5分)将函数y=sin2x的图像向左平移φ个单位长度后,得到函数y=cos的图像,则φ等于( C )
A. B. C. D.
解析:将函数y=sin2x的图像向左平移φ个单位长度后,得到函数y=sin(2x+2φ)=cos的图像.
由已知可得,平移后得到函数y=cos的图像,
所以cos=cos,
所以2φ-=2kπ+(k∈Z),则φ=kπ+,k∈Z.
又0≤φ≤,所以φ=.故选C.
(8)(经典题,5分)为了得到函数y=-sin2x的图像,可将函数y=sin+1的图像( C )
A.向左平移个单位,再向上平移1个单位
B.向左平移个单位,再向上平移1个单位
C.向右平移个单位,再向下平移1个单位
D.向右平移个单位,再向下平移1个单位
解析:(法一)∵y=-sin2x=sin(2x-π)=sin2(x-),且y=sin+1=sin2+1,
∴问题转化为将函数y=sin2+1的图像经过何种变换得到函数y=sin2的图像,
∴将y=sin+1的图像向右平移个单位长度,得到y=-sin2x+1的图像,再将该函数图像向下平移1个单位长度,得到y=-sin2x的图像.故选C.
(法二)∵y=sin+1=-sin+1=-sin2+1,∴问题转化为将函数y=-sin2(x+)+1的图像经过何种变换得到函数y=-sin2x的图像.∴将y=sin+1的图像向右平移个单位长度,得到y=-sin2x+1的图像,再将图像向下平移1个单位长度,得到y=-sin2x的图像.故选C.
c.三角函数图像变换与性质的综合
(9)(2019天津,5分)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π)是奇函数,将y=f(x)的图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),所得图像对应的函数为g(x).若g(x)的最小正周期为2π,且g=,则f=( C )
A.-2 B.- C. D.2
解析:因为f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π)是奇函数,所以f(0)=Asinφ=0,所以φ=kπ, k∈Z.又|φ|<π,所以φ=0,即f(x)=Asinωx.由题意可得g(x)=Asin,所以T==2π,解得ω=2.又g=Asin=,所以A=2,所以f(x)=2sin2x,所以f=2sin=.故选C.
(10)(2021湖南长沙校级月考,5分)将函数f(x)=sin2x+cos2x的图像向左平移个单位长度后,得到函数g(x)的图像,则函数g(x)图像的一条对称轴方程为( D )
A.x= B.x= C.x= D.x=
解析:(法一)将函数f(x)=sin2x+cos2x=sin(2x+)的图像向左平移个单位长度后,得到函数g(x)=sin[2+]=sin(2x++)=sin的图像.
令2x+=kπ+,k∈Z,解得x=+,k∈Z,则令k=0,可得函数g(x)图像的一条对称轴方程为x=.故选D.
(法二)f(x)=sin2x+cos2x=sin.
令2x+=kπ+,k∈Z,可得x=+,k∈Z,
∴函数f(x)图像的对称轴为直线x=+,k∈Z.
将函数f(x)的图像向左平移个单位长度后,得到函数g(x)的图像,即函数g(x)图像的对称轴为直线x=-=+,k∈Z.
令k=0,可得函数g(x)图像的一条对称轴方程为x=.故选D.
(11)(多选)(2020山东泰安四模,5分)设函数g(x)=sinωx(ω>0)的图像向左平移个单位长度得到函数f(x)的图像,已知f(x)在[0,2π]上有且只有5个零点,则下列结论正确的是( CD )
A.f(x)的图像关于直线x=对称
B.f(x)在(0,2π)上有且只有3个极大值点,2个极小值点
C.f(x)在上单调递增
D.ω的取值范围是
解析:由题意得f(x)=g=sin[ω(x+)]=sin,它的周期T=.画出函数f(x)图像的示意图,
如图所示,其中xA=-+T=-+×=,xB=-+3T=-+3×=.
对于A,令ωx+=kπ+,k∈Z,得x=+,k∈Z,所以f(x)的图像关于直线x=+,k∈Z对称,故A不正确;
对于B,因为f(x)在[0,2π]上有且只有5个零点,所以根据函数图像可知,xA≤2π<xB,所以f(x)在(0,2π)有3个极大值点,有2个或3个极小值点,故B不正确;
对于D,由xA≤2π<xB,可得≤2π<,解得≤ω<,故D正确;
对于C,-+T=-+×=,根据函数图像可知,f(x)在上递增,因为ω<<3,所以-=<0,即<,所以f(x)在上单调递增,
故C正确.故选CD.
3.正、余弦型函数图像的应用
a.根据图像求正、余弦型三角函数解析式
(12)(2021全国Ⅰ,5分)已知函数f(x)=2cos(ωx+φ)的部分图像如图所示,则f=
__-__.
解析:由图可知T=-=,即T==π,
∴|ω|=2, 不妨取ω=2.
当x=时,ωx+φ=2×+φ=2kπ,k∈Z,
∴φ=2kπ-π(k∈Z),
∴f(x)=2cos=2cos,
∴f=2cos(2×-)=2cos=-.
(13)(多选)(2020海南,5分)如图是函数y=sin(ωx+φ)的部分图像,则sin(ωx+φ)=( BC )
A.sin B.sin
C.cos D.cos
解析:(法一)根据题意,不妨设ω>0.
由图像知函数的周期T=2×=π,
所以=π,即ω=2.
由五点法得2×+φ=π+2kπ,k∈Z,
解得φ=+2kπ,k∈Z,
所以sin(ωx+φ)=sin
=sin=sin
=cos=cos=sin.
故选BC.
(法二)由图可知f(0)>0,故排除D;又函数图像过点,故排除A.
因为cos=cos=sin,
所以B,C的函数图像相同.故选BC.
(经典题,5分)已知函数y=Asin的部分图像如图所示,且ω>0,|φ|<,则函数解析式为( A )
A. y=-4sin
B. B.y=4sin
C. y=-4sin
D. D.y=4sin
解析:函数的最小正周期为[6-(-2)]×2=16,即16=,∴ω=.当A>0时,根据函数的图像,得A=4,∴y=4sin.∵函数图像过点(-2,0),且该点在减区间上,
∴×(-2)+φ=2kπ+π,k∈Z,即φ=2kπ+,k∈Z.经验证,不存在k∈Z使|φ|<,∴A>0不满足题意.
A<0时,根据函数的图像,得A=-4,
∴y=-4sin=4sin(x+φ+π).
∵函数图像过点(-2,0),且该点在减区间上,
∴×(-2)+φ+π=2kπ+π,k∈Z,即φ=2kπ+,k∈Z,
又|φ|<,∴令k=0,得φ=,∴y=-4sin.故选A.
b.根据图像判断三角函数的性质
(14)(2020北京密云区一模,4分)函数f(x)=sin(ωx+φ)的部分图像如图所示,则f(x)的单调递增区间为( D )
A.,k∈Z
B.,k∈Z
C.,k∈Z
D.,k∈Z
解析:(法一)根据图像可知,T=-,所以T=2.
易知f(x)的一个单调递增区间为[-,+],即,故f(x)的单调递增区间为,k∈Z,即[-+2k,-+2k],k∈Z.故选D.
(法二)根据图像可知,T=-,所以T=2,
所以ω=π,即f(x)=sin(πx+φ).
由五点法得+φ=π+2kπ,k∈Z,解得φ=+2kπ,k∈Z,所以f(x)=sin(πx++2kπ)= sin.
令-+2kπ≤πx+≤+2kπ,k∈Z,
解得-+2k≤x≤-+2k,k∈Z.故选D.
(15)(2021天津模拟,5分)函数f(x)=2sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的图像如图所示,把函数f(x)的图像上所有的点向右平移个单位长度,可得到函数y=g(x)的图像,给出下列结论:
①φ=;
②函数g(x)的最小正周期为π;
③函数g(x)在区间上单调递增;
④函数g(x)的图像关于点中心对称.
其中正确结论的个数是( C )
A.4 B.3 C.2 D.1
解析:根据函数f(x)=2sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的图像,
可得T=>,且T<,∴ω∈.
把(0,)代入,可得2sinφ=,∴φ=或φ=.
把代入,可得ω·+φ=2kπ+,k∈Z.
当φ=时,ω·+=2kπ+,k∈Z,解得ω=+,k∈Z,不满足ω∈,故φ=,故①错误.
由①得ω·+=2kπ+,k∈Z,
解得ω=-+,k∈Z.
令k=1,可得ω=2,满足ω∈,
故f(x)=2sin.
把函数f(x)的图像上所有的点向右平移个单位长度,
可得到函数y=g(x)=2sin的图像,
故g(x)的最小正周期为=π,故②正确.
当x∈时,2x+∈,
故g(x)单调递增,故③正确.
令x=-,得g(x)=-≠0,故g(x)的图像不关于点中心对称,故④错误.故选C.
4.正、余弦型函数与其他知识的综合
(16)(2020天津南开区二模,5分)已知函数f(x)=sin(ωx+φ),y=f(x)的图像关于直线x=对称,且与x轴交点的横坐标构成一个公差为的等差数列,则函数f(x)的导函数f′(x)的一个单调减区间为( A )
A. B. C. D.
解析:∵y=f(x)的图像与x轴交点的横坐标构成一个公差为的等差数列,∴函数的周期T=2×=π,∴T==π,
∴ω=2.∵y=f(x)的图像关于直线x=对称,
∴2×+φ=kπ+,k∈Z,
∴φ=-+(k-1)π,k∈Z.
又|φ|<,∴φ=-,
∴f(x)=sin,f′(x)=2cos.
令2kπ≤2x-≤2kπ+π,可得kπ+≤x≤kπ+,k∈Z.
故f′(x)的单调减区间为,k∈Z.
k=0时,可得f′(x)的一个单调减区间为.故选A.
(17)(2020山东泰安模拟,5分)将函数f(x)=cosx图像上各点的横坐标变为原来的,纵坐标不变,再向右平移个单位得到函数y=g(x)的图像,则g(x)的解析式为__g(x)=cos__;若方程g(x)=在x∈(0,π)的解为x1,x2,则cos(x1-x2)=__-__.
解析:将函数f(x)=cosx图像上各点的横坐标变为原来的,纵坐标不变,可得到y=cos2x的图像,再将图像向右平移个单位,可得到y=cos2=cos的图像,∴g(x)=cos.
当x∈(0,π)时,-<2x-<.
∵方程g(x)=在x∈(0,π)的解为x1,x2,
∴g(x1)=g(x2)=,
即cos=cos=.
令2x-=π,得x=,即函数y=g(x)的图像关于直线x=对称,∴x1+x2=,∴+ =2π,
∴cos(2x1-2x2)=cos[(2x1-)-]
=cos[-2π+]=cos
=2cos2-1=2×-1=-,
∴cos2(x1-x2)==.
∵0<cos=<,不妨设x1<x2,
∴<2x1-<,∴<x1<,
∴x1-x2= x1-=2x1-∈(-,-),
∴cos(x1-x2)=-.
(18)(2021安徽池州模拟,12分)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)的部分图像如图所示.
(Ⅰ)求函数f(x)的解析式;
答案:f(x)=2sin
解:根据函数f(x)的图像,可得A=2,×=-,∴ω=2.
再结合五点法作图过程可得,2×+φ=,
∴φ=,∴f(x)=2sin.(4分)
(Ⅱ)在△ABC中,角A为三角形的内角,且f(A)=1,D在边BC上,AD是∠BAC的平分线,AB=1,AC=3,求AD的长度.
答案:
解:在△ABC中,角A为三角形的内角且f(A)=2sin(2A+)=1,∴2A+=,即A=.(6分)
∵AD是∠BAC的平分线,AB=1,AC=3,
∴∠BAD=∠CAD=.
由余弦定理的推论得cos∠BAC==,
解得BC=.
同理可得cosB==-,故sinB=.(9分)
∵sin∠ADB=sin=cosB+sinB=,
∴在△ABD中,由正弦定理得=,∴AD=.(12分)
5.三角函数模型的应用
(19)(2020北京校级开学,4分)如下图所示,点O为做简谐运动的物体m的平衡位置,取向右的方向为物体位移的正方向.若已知振幅为3 cm,周期为3 s,且物体向右运动到距离平衡位置最远处时开始计时,则物体对平衡位置的位移x(单位:cm)和时间t(单位:s)之间的函数关系式为( D )
A.x=sin B.x=3sin
C.x=sin D.x=3sin
解析:设位移x关于时间t的函数关系式为x=f(t)=Asin(ωt+φ)(ω>0),则A=3,周期T==3,故ω=.
由题意可知,当t=0时,f(t)取得最大值3,故3sinφ=3,故φ=+2kπ,k∈Z.故选D.
(20)(2021北京模拟,4分)京西某游乐园的摩天轮采用了国内首创的横梁结构,风格更加简约,摩天轮直径88米,最高点A距离地面100米,匀速运行一圈的时间是18分钟.由于受到周边建筑物的影响,乘客与地面的距离超过34米时,可视为最佳观赏位置,在运行的一圈里最佳观赏时长为( B )
A.10分钟 B.12分钟 C.14分钟 D.16分钟
解析:如图所示,
(法一)由题意可知,摩天轮转动的角速度为=.
因为OC=100-44-34=22,所以∠BOC=,
所以最佳观赏期的圆心角为2π-=,
故在运行的一圈里最佳观赏时长为=12(分钟).故选B.
(法二)根据题意,摩天轮转动时,可设乘客与地面的距离与时间之间满足关系式f(t)=asin(ωt+φ)+b.
摩天轮转动的角速度为ω==;
摩天轮的直径为88米,故a==44;
摩天轮所在圆的圆心距离地面的高度为100-=56(米),
故b=56.
当t=0时,乘客与地面的距离为100-88=12(米),故12=44sinφ+56,得φ=-+2kπ,k∈Z,
故f(t)=44sin+56(0≤t≤18).
令f(t)≥34,得sin≥-,
所以-+2kπ≤t-≤+2kπ,k∈Z,
解得3+18k≤t≤15+18k,k∈Z,故3≤t≤15,
所以最佳观赏时长为15-3=12(分钟).故选B.
随堂普查练17
1.(经典题,12分)已知函数f(x)=-cos+1-2sin2x.
(1)用“五点作图法”在如图所示给定的坐标系中,画出函数f(x)在[0,π]上的图像;
答案:见解答过程
解析:解:f(x)=-cos+1-2sin2x=sin2x+cos2x=2sin.在[0,π]上,2x+∈[,].
根据“五点作图法”列表如下:
2x+
π
2π
x
0
π
y
1
2
0
-2
0
1
则函数f(x)在区间[0,π]上的图像如下图:
(5分)
(2)先将函数y=f(x)的图像向右平移个单位长度,再将得到的图像上各点的横坐标伸长为原来的4倍,纵坐标不变,得到函数y=g(x)的图像,求g(x)图像的对称中心.
答案:(k∈Z)
解:将函数f(x)=2sin的图像向右平移个单位长度后得到y=2sin=2sin(2x-)的图像,
再将得到的图像上各点的横坐标伸长为原来的4倍,纵坐标不变,得到函数g(x)=2sin的图像.令-=kπ(k∈Z),可得x=2kπ+(k∈Z),故g(x)图像的对称中心为(+2kπ,0)(k∈Z).(12分)
2.(2020北京房山区一模,5分)将函数f(x)=sin的图像向右平移s(s>0)个单位长度,所得图像经过点,则s的最小值是____.
解析:将函数f(x)=sin的图像向右平移s个单位长度,所得图像对应的函数为y=sin[2(x-s)-],再由所得图像经过点,可得sin(π-2s-)=sin=1,
∴-2s=2kπ+,k∈Z,解得s=-kπ+,k∈Z.
又∵s>0,∴s的最小值是.
3. (经典题,5分)函数f(x)=sin的图像向右平移φ(φ>0)个单位长度后,得到y=cos2x的图像,则φ的最小值为( A )
A. B. C. D.
解析:将函数f(x)=sin的图像向右平移φ (φ>0)个单位长度后得到y=cos2x=sin(2x+)的图像,即sin=sin[2(x-φ)+]=sin(2x-2φ+),可得-2φ+=+2kπ(k∈Z),解得φ=-kπ-(k∈Z).由于φ>0,可得φ的最小值为.故选A.
4.(2018天津,5分)将函数y=sin的图像向右平移个单位长度,所得图像对应的函数( A )
A.在区间上单调递增
B.在区间上单调递减
C.在区间上单调递增
D.在区间上单调递减
解析:将函数y=sin的图像向右平移个单位长度,得函数y=sin[2(x-)+]=sin=sin2x的图像.令2kπ-≤2x≤2kπ+(k∈Z),
解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z).
当k=1时,可得≤x≤;当k=2时,可得≤x≤.故[,]和[,]为单调递增区间,A选项正确,B,C,D选项错误.故选A.
5.(2020天津和平区二模,5分)把函数f(x)=Asin(A≠0)的图像向右平移个单位长度,得到函数g(x)的图像,若函数g(x-m)(m>0)是偶函数,则实数m的最小值是( A )
A. B. C. D.
解析:根据题意可得,g(x)=Asin[2-]=-Acos.
若函数g(x-m)(m>0)是偶函数,则g(0-m)=-Acos=±A,即cos=±1,
∴2m+=kπ,k∈Z,解得m=-+,k∈Z.
又∵m>0,∴当k=1时,m取得最小值.故选A.
6.(2020山东烟台一模,5分)将函数f(x)=cosx的图像向右平移π个单位长度,再将各点的横坐标变为原来的(ω>0),纵坐标不变,得到函数g(x)的图像,若g(x)在上的值域为,则ω的取值范围是( A )
A. B. C. D.
解析:将函数f(x)=cosx的图像向右平移π个单位长度,可得y=cos的图像;
再将各点的横坐标变为原来的(ω>0),纵坐标不变,得到函数g(x)=cos的图像.
当x∈时,ωx-∈.
∵cos=cos=-,
∴0≤-≤,解得≤ω≤.故选A.
7.(2021全国Ⅰ,5分)已知函数f(x)=2cos(ωx+φ)的部分图像如图所示,则满足条件>0的最小正整数x为__2__.
解析:由图可知T=-=,即T==π,
所以|ω|=2.不妨取ω=2,
由五点法可得2×+φ=,解得φ=-,
所以f(x)=2cos,
所以f=2cos=1,
f=2cos=0.
由题可知>0,
即[f(x)-1]f(x)>0,解得f(x)>1或f(x)<0.
令f(x)=1,x∈,得x=,则0<f(1)<1;
f(x)在y轴右侧第2个零点为+=>2,
则f(2)<0,
故满足条件的x的最小正整数为2.故答案为2.
8.(经典题,5分)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ),A>0,ω>0,<,部分图像如图所示,则下列关于函数f(x)的说法中正确的是( D )
A.对称轴方程是x=+kπ(k∈Z)
B.对称中心坐标是
C.在区间上单调递增
D.在区间上单调递减
解析:由图可知,
函数的最小正周期为T=2×=2π,
一条对称轴为x==,
∴函数的对称轴方程为x=+kπ,k∈Z,
∴A,C错误;
由图像易知函数的一个对称中心为,
∴函数的对称中心为,k∈Z,∴B错误;延伸函数图像,如图所示,可知f(x)在[-,-]上单调递减,又-<-π<-,∴D正确.
9.(2021山西临汾模拟,12分)海水受日月的引力,在一定的时候发生涨落的现象叫潮,一般地,早潮叫潮,晚潮叫汐.在通常情况下,船在涨潮时驶进航道,靠近码头;卸货后,在落潮时返回海洋.下面是某港口在某季节某天的时间与水深关系表:
时间
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
24:00
水深/米
4.5
6.5
4.5
2.5
4.5
6.5
4.5
2.5
4.5
(1) 已知该港口的水深与时间的变化满足函数y=Acos(ωx+φ)+b(A>0,ω>0,b>0,
-π<φ<π),画出函数的图像,并求出函数解析式;
答案:作图见解答过程,y=2cos+4.5
解:作图如下:
(3分)
由图像可知A=2,b==4.5,T=12=,ω=,
则有y=2cos+4.5.
又因为x=3时取最大值6.5,可得φ=-,
所以y=2cos+4.5.(6分)
(2)现有一艘货船的吃水深度(船底与水面的距离)为4米,安全条例规定至少要有2.2米的间隙(船底与海底的距离),该船何时能进入港口?在港口能呆多久?
参考数据:≈1.7.
答案:该船在2:00或14:00时可以进入港口,在港口可以停留2小时
解:货船需要的安全水深为4+2.2=6.2(米),
所以当y≥6.2时就可以进港.
令2cos+4.5≥6.2,
得cos≥≈,
得-+2kπ≤x-≤+2kπ,k∈Z,(9分)
即2+12k≤x≤4+12k.
当k=0时,x∈[2,4];当k=1时,x∈[14,16],
所以,该船在2:00或14:00时可以进入港口,在港口可以停留2小时.(12分)
10. (2020天津武清区校级模拟,5分)已知函数f(x)=sinωx-cosωx(ω>0),若集合A={x∈[0,π)|f(x)=-1}只含有3个元素,则实数ω的取值范围是____.
解析:f(x)=sinωx-cosωx=sin.
由f(x)=-1可得sin=-,
∴ωx-=-+2kπ或ωx-=+2kπ,k∈Z,
解得x=或x=,k∈Z.
当k=0时,x=0,;当k=1时,x=,.
∵集合A={x∈[0,π)|f(x)=-1}只含有3个元素,
∴当x∈[0,π)时,f(x)=-1只有3个解,
∴解得2<ω≤,
即实数ω的取值范围是.
突破积累练 三角恒等变换与三角函数性质的综合
1.(2023原创,40分)已知函数f(x)=sin(2ωx+)+cos2(ωx-)的最小正周期为π,ω>0.
求三角函数的单调区间
(1)求函数f(x)的单调递减区间;
答案:[+kπ,+kπ],k∈Z
解: f(x)=sin+cos2(ωx-)
=sin+×
=sin2ωx+cos2ωx+(cos2ωx+sin2ωx)+=cos2ωx+sin2ωx+
=sin+.(2分)
∵函数f(x)的最小正周期为π,∴=π,ω=1,
∴f(x)=sin+.(3分)
令+2kπ≤2x+≤+2kπ,k∈Z,
得+kπ≤x≤+kπ,k∈Z.
故函数f(x)的单调递减区间为[+kπ,+kπ],k∈Z.(5分)
三角函数的图像变换与性质的综合应用
(2)将函数f(x)的图像向左平移m(m>0)个单位,所得图像对应的函数是偶函数,求实数m的最小值;
答案:
解:设将函数f(x)的图像向左平移m(m>0)个单位,所得图像对应的函数是T(x),则T(x)=sin[2(x+m)+]+=sin+.(7分)
∵函数T(x)为偶函数,∴2m+=+kπ,k∈Z,
解得m=+,k∈Z.
∵m>0,∴当k=0时,m取得最小值.(10分)
(3)将函数f(x)图像上所有点的横坐标变为原来的(a>0),得到函数g(x)的图像,若g(x)在上单调递增,求实数a的最大值;
答案:
解:根据题意,可得g(x)=sin(2ax+)+.
令2kπ-≤2ax+≤2kπ+,k∈Z,
得≤x≤,k∈Z.(12分)
∵函数g(x)=sin+在区间上单调递增,∴ k∈Z,
解得4≤a≤,k∈Z.
∵a>0,∴k<0不符合题意.
当k=0时,0<a≤.
当k≥1时,4>,不符合题意.∴a的最大值为.(15分)
求三角函数的最值
(4)设h(x)=f,求h(x)在上的最值;
答案:最小值为-1,最大值为
解:h(x)= f
=sin[+]+
=-cos+.(17分)
当x∈时,2x-∈,
∴cos∈,
∴h(x)∈,
即函数h(x)在上的最小值为-1,最大值为.(20分)
根据三角函数的零点个数求参数范围
(5)设m(x)=f(x)-(2t+sin2x),若m(x)在上存在唯一零点,求t的取值范围;
答案:∪
解:m(x)=f(x)-(2t+sin2x)
=sin+-(2t+sin2x)
=sin-sin2x+-2t
=sin2x+cos2x -sin2x+-2t
=cos2x -sin2x+-2t
=cos+-2t.(22分)
设p(x)=cos,x∈,则m(x)在上存在唯一零点,等价于函数p(x)的图像与直线y=2t-有唯一交点.
当x∈时,2x+∈.
根据余弦函数的图像可知,若函数p(x)的图像与直线y=2t-有唯一交点,则-<2t-≤或2t-=-1,解得<t≤或t=-,
故实数t的取值范围是∪ .(25分)
三角函数求值的应用
(6)若f(θ)-f(-θ)=,θ∈,求cos的值;
答案:
解:由f(θ)-f(-θ)=,得sin(2θ+)-·sin=sin2θ= ,即sin2θ= .(27分)
∵θ∈,∴2θ∈.
又sin2θ>0,∴2θ∈,
∴cos2θ=-=-,(29分)
∴cos=-cos2θ+sin2θ=.(30分)
(7)若f=1,x0∈,求cos2x0的值;
答案:-
解:由f=1,得sin(2x0-)=.∵x0∈,∴2x0-∈.
又∵sin=<,
∴2x0-∈,
∴cos=-,(32分)
∴cos2x0=cos
=coscos-sinsin
=-×-×=-.(35分)
(8)设△ABC的内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,若sinC=2sinB,a=2,f=,求△ABC的面积.
答案:
解:由f=sin+=,得sin=0.∵0<A<π,∴-<A-<,
∴A-=0,即A=.(37分)
由正弦定理及sinC=2sinB可得c=2b.
根据余弦定理a2=b2+c2-2bccosA,可得b=,∴c=,∴S△ABC=bcsinA=.(40分)
课后提分练17 函数y=Asin(ωx+φ)
A组(巩固提升)
1.(2020河南期末节选,6分)已知x∈R,函数f(x)=cos(ωx+φ)的最小正周期为π,且f=.
(1)求ω和φ的值;
答案: ω=2 φ=-
解:由最小正周期T==π,得ω=2.
∵f=,
∴cos=cos=-sinφ=,
∴sinφ=-.又-<φ<0,
∴φ=-.(3分)
(2)在给定坐标系中作出函数f(x)在[0,π]上的图像.
答案:见解答过程
解:列表如下:
2x-
-
0
π
π
π
x
0
π
π
π
π
f(x)
1
0
-1
0
函数f(x)在[0,π]上的图像如图所示.
(6分)
2.(2020江苏,5分)将函数y=3sin的图像向右平移个单位长度,则平移后的图像中与y轴最近的对称轴的方程是__x=-__.
解析:将函数y=3sin的图像向右平移个单位长度,所得图像对应的函数为y=3sin[2(x-)+]=3sin .
令2x-=+kπ,k∈Z,得x=+,k∈Z,
当k=0时,x=;
当k=-1时,x=-,
所以平移后的图像中与y轴最近的对称轴的方程是x=-.
3.(多选)(2020山东校级模拟,5分)要得到y=cos2x的图像C1,只要将y=sin的图像C2怎样变化?( ABC )
A.将y=sin的图像C2沿x轴方向向左平移个单位
B.将y=sin的图像C2沿x轴方向向右平移个单位
C.先作C2关于x轴对称的图像C3,再将图像C3沿x轴方向向右平移个单位
D.先作C2关于x轴对称的图像C3,再将图像C3沿x轴方向向左平移个单位
解析:将C2沿x轴方向向左平移个单位,所得图像对应的函数为y=sin= sin(2x+)=cos2x,故A正确;
将C2沿x轴方向向右平移个单位,所得图像对应的函数为y=sin=sin(2x-)=cos2x,故B正确;
先作C2关于x轴对称的图像C3,则图像C3对应的函数为y=-sin,再将图像C3沿x轴方向向右平移个单位,所得图像对应的函数为y=-sin[2+]=
-sin=cos2x,故C正确;
将图像C3沿x轴方向向左平移个单位,所得图像对应的函数为y=-sin=-sin=-cos2x,故D错误.故选ABC.
4.(2023改编,5分)要得到函数y=cosx的图像,只需将函数y=cos的图像上所有点的( D )
A.横坐标缩短到原来的(纵坐标不变),再向左平移个单位长度
B.横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移个单位长度
C.横坐标缩短到原来的(纵坐标不变),再向右平移个单位长度
D.横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移个单位长度
解析:y=cos=cos.
将函数y=cos的图像上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),得到y=cos的图像,再将所得图像向左平移个单位长度,得到y=cosx的图像,故选D.
5.(多选)(2020山东模拟,5分)定义运算:=a1a4-a2a3,将函数f(x)=的图像向左平移个单位,所得图像对应的函数为偶函数,则ω的可能取值是( BC )
A. B. C.- D.-
解析: f(x)==cosωx-sinωx=2cos,将函数f(x)的图像向左平移个单位,所得图像对应的函数为y=2cos(ωx++).因为该函数为偶函数,所以+=kπ,k∈Z,
解得ω=-,k∈Z.令k=1,可得ω=;令k=-1,可得ω=-.故选BC.
6.(经典题,5分)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)的部分图像如图所示,M,N为函数图像上相邻的最高点和最低点,且|MN|=4,将y=f(x)的图像向右平移个单位长度,得到函数g(x)的图像,则g(x)在下列区间一定单调递增的是( D )
A. B. C. D.
解析:设函数f(x)的最小正周期为T,由图像知A=.
因为|MN|==4,所以T=4(负值舍去).
由图可知,函数f(x)的一个单调递增区间为,即[-1,1],所以函数f(x)的单调递增区间为[4k-1,4k+1],k∈Z,所以g(x)的单调递增区间为(k∈Z).
取k=1,则D符合题意.故选D.
7.(2020安徽合肥段测,5分)函数f(x)=Asin(ωx+φ)(其中A>0,ω>0)的部分图像如图所示,将函数f(x)的图像向左平移个单位长度,得到y=g(x)的图像,则下列说法正确的是( D )
A.函数g(x)为奇函数
B.函数g(x)为偶函数
C.函数g(x)的图像的对称轴为直线x=kπ+(k∈Z)
D.函数g(x)的单调递增区间为[-+kπ,+kπ](k∈Z)
解析:(法一)由f(x)的图像可知, f(x)的最小正周期为×=π,
则f(x)图像与x轴在原点右侧第一个交点的横坐标为-=,该交点向左平移个单位长度后该交点的横坐标变为-.横坐标为的最高点向左平移个单位长度后变为横坐标为的最高点,所以g(x)为非奇非偶函数,选项A,B错误.
f(x)图像的对称轴为直线x=+(k∈Z),向左平移个单位长度后,g(x)图像的对称轴为直线x=-+=+(k∈Z),选项C错误.
因为f(x)的一个单调递增区间为,即,所以f(x)的单调递增区间为[-+kπ,+kπ](k∈Z),则g(x)的单调递增区间为[--+kπ,-+kπ](k∈Z),即[-+kπ,+kπ](k∈Z),选项D正确.故选D.
(法二)由图像可得A=3,×=-,所以ω=2,可得f(x)=3sin(2x+φ).将代入f(x)=3sin(2x+φ),得sin(2×+φ)=1,所以2×+φ=2kπ+,k∈Z,即φ=2kπ-,k∈Z,
所以f(x)=3sin=3sin.
因为将函数f(x)的图像向左平移个单位长度,得到y=g(x)的图像,
所以g(x)=3sin[2-]=3sin(2x+),则g(x)为非奇非偶函数,选项A,B错误.
令2x+=kπ+,k∈Z,可得g(x)图像的对称轴为直线x=+,k∈Z,选项C错误.
令2kπ-≤2x+≤2kπ+,k∈Z,可得kπ-≤x≤kπ+,k∈Z,所以函数g(x)的单调递增区间为,k∈Z,选项D正确.故选D.
8.(2021江西宜春模拟,5分)已知函数f(x)=sin2x-2cos2x+1,将f(x)的图像上的所有点的横坐标缩短到原来的,纵坐标保持不变;再把所得图像向上平移1个单位长度,得到函数g(x)的图像.若g(x1)·g(x2)=9,则|x1-x2|的值可能为( B )
A. B. C. D.
解析:f(x)=sin2x-2cos2x+1=sin2x-cos2x=2sin.
将f(x)图像上所有点的横坐标缩短到原来的,纵坐标保持不变,得到函数y=2sin的图像;再把所得图像向上平移1个单位长度,得到函数g(x)=2sin+1的图像,所以g(x)max=3,且g(x)的最小正周期T==.
要使g(x1)·g(x2)=9,则需有g(x1),g(x2)均为函数g(x)的最大值,则|x1-x2|=kT=(k∈Z).故选B.
9.(2020安徽六安校级开学,5分)将函数f(x)=sin2x的图像向右平移φ个单位后得到函数g(x)的图像.若对满足|f(x1)-g(x2)|=2的x1,x2,有|x1-x2|min=,则φ=( B )
A. B. C. D.
解析:将函数f(x)=sin2x的图像向右平移φ(0<φ<)个单位后得到函数g(x)=sin2(x-φ)的图像.∵函数f(x)=sin2x的最值为±1,函数g(x)=sin2(x-φ)的最值为±1,且|f(x1)-g(x2)|=2,∴f(x)与g(x)一个取最大值,一个取最小值.不妨设f(x)取最大值,g(x)取最小值,则2x1=+2kπ,k∈Z,2(x2-φ)=-+2mπ,m∈Z,
即x1=+kπ,k∈Z,x2=φ-+mπ,m∈Z,∴x1-x2=-φ+(k-m)π,k,m∈Z.又|x1-x2|min=,0<φ<,∴k-m=0,-φ=,∴φ=,故选B.
B组(冲刺满分)
10.(多选)(2020山东模拟,5分)已知函数f(x)=sinωx-cosωx(0<ω<4)满足f(x+π)=f(x),其图像向左平移m个单位后,所得图像对应的函数y=g(x)在上单调递增,则下列判断正确的是( BC )
A.ω=1
B.函数f(x)的图像关于直线x=-对称
C.正整数m的值可以为7
D.正整数m的最小值为6
解析:f(x)=sinωx-cosωx=2sin.
因为f(x+π)=f(x),所以2sin=2sin,所以ωπ=2kπ,k∈Z,即ω=2k,k∈Z.
又0<ω<4,所以ω=2,A错误.
因为f=2sin
=2sin=-2,
所以直线x=-是函数f(x)图像的对称轴,B正确.
根据题意得,g(x)=2sin.
当x∈时,2x+2m-∈,
所以k∈Z,
解得kπ+≤m≤kπ+,k∈Z.
当k=1时,3.4≈≤m≤≈3.9;
当k=2时,6.5≈≤m≤≈7.1,
所以正整数m的最小值为7.
所以C正确,D错误.故选BC.
11.(2020山东枣庄期末,5分)将曲线y=f(x)cos2x上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移个单位长度,得到曲线y=cos2x,则f=( D )
A.1 B.-1 C. D.-
解析:将曲线y=f(x)cos2x上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,得到y=fcosx的图像,再把得到的曲线向右平移个单位长度,可得到y=fcos的图像.
由题意得fcos=cos2x,
所以f===(cosx-sinx)=2cos.
令x-=t,解得x=2t+,
所以f(t)=2cos=2cos=-2sin2t,所以f(x)=-2sin2x.
所以f=-2sin=-2×=-.故选D.
12.(2021黑龙江哈尔滨校级模拟,5分)筒车是我国古代发明的一种水利灌溉工具,因其经济又环保,至今还在农业生产中使用.假设在水流量稳定的情况下,筒车上的每一个盛水筒都做逆时针匀速圆周运动.现将筒车抽象为一个几何图形,如图所示,圆O的半径为4米,P0在水平面上,盛水筒M从点P0处开始运动,OP0与水平面所成角为30°,且2分钟恰好转动1圈,则盛水筒M距离水面的高度H(单位:m)与时间t(单位:s)之间的函数关系式是( A )
A.H=4sin+2
B.H=4sin+2
C.H=4sin+2
D.H=4sin+2
解析:以O为原点,过点O的水平直线为x轴,建立平面直角坐标系,如图所示.
∵∠xOP0=30°=,OM在t s内转过的角为t=t,
∴以x轴为始边,以OM为终边的角为t-,
则点M的纵坐标为4sin.
∵水平面处的纵坐标为4sin=-2,
∴盛水筒M距离水面的高度H(m)表示为时间t(s)的函数是H=4sin-(-2)=4sin(t-)+2.故选A.
13.(2021安徽校级模拟,5分)已知函数f(x)=sin(ωx+)(ω>0),将f(x)的图像向右平移个单位长度得到函数g(x)的图像,点A,B,C是f(x)与g(x)图像的三个相邻交点,若△ABC是钝角三角形,则ω的取值范围为( B )
A. B.
C. D.
解析:函数f(x)=sin=cosωx,将f(x)的图像向右平移个单位长度得到函数g(x)=cos(ωx-)的图像.作出两个函数图像,如图所示:
A,B,C为三个相邻交点(不妨设B在x轴下方),
设D为AC的中点,连接BD.
由对称性,知△ABC是以∠ABC为顶角的等腰三角形,AC=T=.由cosωx=cos,
整理可得cosωx=sinωx,可得cosωx=±,
则yC=-yB=,所以BD=2|yB|=.
要使△ABC为钝角三角形,只需∠ACB<即可.
由tan∠ACB==<1,解得0<ω<π.故选B.
14.(2023汇编,20分)如图是函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|≤)的部分图像.
(1) 求函数f(x)的表达式;
答案:f(x)=sin
解:由图可知A=1,最小正周期T==2×(-),∴ω=2,∴f(x)=sin(2x+φ).
由图像可知sin=0,且x=处于f(x)的单调递减区间,∴+φ=(2k+1)π,k∈Z,
即φ=-+(2k+1)π,k∈Z.
又|φ|≤,∴φ=,∴f(x)=sin.(3分)
(2)若先将函数f(x)的图像向右平移个单位长度,再将其图像上所有点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变) ,得到函数g(x)的图像,求y=g(x)-|lgx|在(0, +∞)上的零点个数;
答案:4
解:先将函数f(x)的图像向右平移个单位长度,可得函数y=sin2x的图像.
再将其图像上所有点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),得到函数g(x)=sinx的图像.
函数y=g(x)-|lgx|在(0,+∞)上的零点个数,即函数g(x)的图像与y=|lgx|的图像的交点个数.(6分)
因为y=|lgx|在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,且lg10=1,3π<10<π,
所以,结合图像可知,在(0,+∞)上,g(x)的图像和y=|lgx|的图像的交点个数为4.
故函数y=g(x)-|lgx|在(0,+∞)上的零点个数为4.(9分)
(3)求方程f(x)=a(0<a<1)在[0,2π]内的所有实数根之和;
答案:
解:因为f(x)=sin的最小正周期为π,所以f(x)=sin在[0,2π]内恰有2个周期.
作出f(x)在[0,2π]上的图像如下图所示.
令2x+=+kπ(k∈Z),可得f(x)图像的对称轴为直线x=+(k∈Z).(11分)
(ⅰ)当0<a<时,方程sin=a在[0,2π]
内有4个实根,从小到大依次设为x1,x2,x3,x4,结合图像知x1+x4=x2+x3=2×=,此时所有实数根之和为.(12分)
(ⅱ)当a=时,方程sin=a在[0,2π]内有5个实根,此时所有实数根之和为0+2×=.(13分)
(ⅲ)当<a<1时,方程sin=a在[0,2π]内有4个实根,从小到大依次设为x5,x6,x7,x8,结合图像知x5+x8=x6+x7=2×=,此时所有实数根之和为.(14分)
综上,方程sin=a(0<a<1)在[0,2π]内的所有实数根之和为(15分)
(4)若函数h(x)=f2(x)-2mf(x)在x∈上的最小值为-3,求实数m的值.
答案:m=- 或m=2
解:令t=f(x),则y=t2-2mt,图像的对称轴为直线t=m.
因为x∈,所以t∈.(16分)
当m<-时,ymin=+m=-3,所以m=- ,成立;当-≤m≤1时,ymin=-m2=-3,所以m=±,不成立;当m>1时,ymin=1-2m=-3,所以m=2,成立.综上所述,m=- 或m=2.(20分)
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