内容正文:
7.3.2 三角函数的图象与性质
第2课时 正切函数的图象与性质
第7章 三角函数
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第7章 三角函数
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课堂案
02
课后案
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课前案 必备知识·自主学习
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奇函数
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正切曲线
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课堂案 关键能力·互动探究
02
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谢谢观看
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第7章 三角函数
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学业标准
素养目标
1.掌握正切函数图象的画法.
2.掌握正切函数y=tan x的奇偶性、周期性、单调性.
3.会用正切函数的性质解决相应的问题.
1.通过正切函数性质的探究,培养逻辑推理、直观想象等核心素养.
2.根据正切函数性质的应用,提升逻辑推理、数学运算等核心素养.
[教材梳理]
导学1 正切函数的性质
正切函数y=tan x的定义域是什么?
提示: eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠kπ+\f(π,2),k∈Z)))) .
诱导公式tan (π+x)=tan x说明了正切函数的什么性质?tan (kπ+x)(k∈Z)与tan x的关系怎样?
提示:周期性.tan (kπ+x)=tan x(k∈Z).
诱导公式tan (-x)=-tan x说明了正切函数的什么性质?
提示:奇偶性.
从正切线上观察,正切函数值是有界的吗?
提示:不是,正切函数没有最大值和最小值.
从正切线上观察,正切函数值在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) 上是增大的吗?
提示:是的.
◎结论形成
函数
y=tan x
定义域
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠kπ+\f(π,2),k∈Z))))
值域
R
周期
T=π
奇偶性
__________
单调性
在每个开区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,2),kπ+\f(π,2))) (k∈Z)上都是增函数.
导学2 正切函数的图象
我们能用“五点法”简便地画出正弦函数、余弦函数的简图,你能类似地画出正切函数y=tan x,x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))) 的简图吗?怎样画?
提示:能,三个关键点: eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),1)) ,(0,0), eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),-1)) ,
两条平行线:x= eq \f(π,2) ,x=- eq \f(π,2) .
◎结论形成
1.正切函数的图象
2.正切函数的图象叫作____________.
3.正切函数的图象特征
正切曲线是被与y轴平行的一系列直线______________________所隔开的无穷多支形状相同的曲线组成的.
x= eq \f(π,2) +kπ,k∈Z
[基础自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)正切函数的定义域和值域都是R.( )
(2)正切函数在整个定义域上是增函数.( )
(3)正切函数在定义域内无最大值和最小值.( )
(4)存在某个区间,使正切函数为减函数.( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
2.函数y=tan x+ eq \f(1,tan x) 是( )
A.奇函数
B.偶函数
C.既是奇函数又是偶函数
D.既不是奇函数又不是偶函数
解析 函数的定义域是 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠\f(1,2)kπ,k∈Z)))) ,
且tan (-x)+ eq \f(1,tan (-x)) =-tan x- eq \f(1,tan x) =- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(tan x+\f(1,tan x))) ,
所以函数y=tan x+ eq \f(1,tan x) 是奇函数.
答案 A
3.函数f(x)=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4))) 的单调增区间是( )
A. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,2),kπ+\f(π,2))) ,k∈Z
B.(kπ,kπ+π),k∈Z
C. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(3π,4),kπ+\f(π,4))) ,k∈Z
D. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,4),kπ+\f(3π,4))) ,k∈Z
解析 由- eq \f(π,2) +kπ<x+ eq \f(π,4) < eq \f(π,2) +kπ,k∈Z,
得- eq \f(3π,4) +kπ<x< eq \f(π,4) +kπ,k∈Z,
故f(x)的单调增区间是 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3π,4)+kπ,\f(π,4)+kπ)) ,k∈Z.
答案 C
4.比较大小:tan eq \f(1,2) ____________tan eq \f(5,2) .
解析 因为tan eq \f(1,2) >0,tan eq \f(5,2) <0,所以tan eq \f(1,2) >tan eq \f(5,2) .
答案 >
题型一 正切函数的定义域、值域问题
(1)函数y=3tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)-\f(x,4))) 的定义域为__________.
(2)求函数y=tan2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x+\f(π,3))) +tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x+\f(π,3))) +1的定义域和值域.
(1)[解析] 由 eq \f(π,6) - eq \f(x,4) ≠ eq \f(π,2) +kπ,k∈Z,
得x≠- eq \f(4π,3) -4kπ,k∈Z,
即函数的定义域为 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠-\f(4π,3)-4kπ,k∈Z)))) .
[答案] eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠-\f(4π,3)-4kπ,k∈Z))))
(2)[解析] 由3x+ eq \f(π,3) ≠kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,
得x≠ eq \f(kπ,3) + eq \f(π,18) ,k∈Z,
所以函数的定义域为 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠\f(kπ,3)+\f(π,18),k∈Z)))) .
设t=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x+\f(π,3))) ,
则t∈R,y=t2+t+1= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(1,2)))
eq \s\up18(2) + eq \f(3,4) ≥ eq \f(3,4) ,
所以原函数的值域是 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4),+∞)) .
[素养聚焦] 本题通过求正切函数的定义域和值域将数学运算、逻辑推理体现在解题过程中.
[规律方法] 求正切函数定义域的方法及求值域的注意点
求与正切函数有关的函数的定义域时,除了求函数定义域的一般要求外,还要保证正切函数y=tan x有意义,即x≠ eq \f(π,2) +kπ,k∈Z.而对于构建的三角不等式,常利用三角函数的图象求解.解形如tan x>a的不等式的步骤:
[触类旁通]
1.(1)函数y=-tan2x+4tanx+1,x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4))) 的值域为____________.
(2)求函数y= eq \r(tan x+1) +lg (1-tan x)的定义域.
(1)解析 ∵- eq \f(π,4) ≤x≤ eq \f(π,4) ,∴-1≤tan x≤1.
令tan x=t,则t∈[-1,1],
∴y=-t2+4t+1=-(t-2)2+5.
∴当t=-1,即x=- eq \f(π,4) 时,ymin=-4,
当t=1,即x= eq \f(π,4) 时,ymax=4.
故所求函数的值域为[-4,4].
答案 [-4,4]
(2)解析 由题意得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(tan x+1≥0,,1-tan x>0,))
即-1≤tan x<1.
在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))) 内,满足上述不等式的x的取值范围是 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,4))) .
又y=tan x的周期为π,
所以函数的定义域是 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,4),kπ+\f(π,4))) (k∈Z).
题型二 正切函数的单调性及应用
(1)比较大小:tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7π,4))) ____________tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(9π,5))) .
(2)求函数y=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)x+\f(π,4))) 的单调区间及最小正周期.
(1)[解析] ∵tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7π,4))) =-tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π-\f(π,4))) =tan eq \f(π,4) ,
tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(9π,5))) =-tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π-\f(π,5))) =tan eq \f(π,5) .
又0< eq \f(π,5) < eq \f(π,4) < eq \f(π,2) ,y=tan x在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) 内单调递增,
∴tan eq \f(π,5) <tan eq \f(π,4) ,∴tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7π,4))) >tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(9π,5))) .
[答案] >
(2)[解析] y=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)x+\f(π,4))) =-tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)x-\f(π,4))) ,
由kπ- eq \f(π,2) < eq \f(1,2) x- eq \f(π,4) <kπ+ eq \f(π,2) (k∈Z),
得2kπ- eq \f(π,2) <x<2kπ+ eq \f(3,2) π(k∈Z),
所以函数y=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)x+\f(π,4))) 的单调递减区间是 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(3,2)π)) ,
k∈Z,周期T= eq \f(π,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))) =2π.
[规律方法]
1.求函数y=A tan (ωx+φ)(A,ω,φ都是常数)的单调区间的方法
(1)若ω>0,由于y=tan x在每一个单调区间上都是增函数,故可用“整体代换”的思想,令kπ- eq \f(π,2) <ωx+φ<kπ+ eq \f(π,2) ,求得x的范围即可.
(2)若ω<0,可利用诱导公式先把y=A tan (ωx+φ)转化为y=A tan [-(-ωx-φ)]=-A tan (-ωx-φ),即把x的系数化为正值,再利用“整体代换”的思想,求得x的范围即可.
2.运用正切函数单调性比较大小的方法
(1)运用函数的周期性或诱导公式将角化到同一单调区间内.
(2)运用单调性比较大小关系.
[触类旁通]
2.比较tan 1,tan 2,tan 3的大小.
解析 ∵1< eq \f(π,2) <2<3<π,根据y=tan x的性质可得:
y=tan x在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) 上单调递增且大于0,
在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)) 上单调递增且小于0,
∴tan 2<tan 3<0,tan 1>0,
∴tan 2<tan 3<tan 1.
题型三 正切函数综合问题 一题多变
设函数f(x)=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)-\f(π,3))) .
(1)求函数f(x)的最小正周期,对称中心;
(2)作出函数f(x)在一个周期内的简图.
[解析] (1)∵ω= eq \f(1,2) ,∴最小正周期T= eq \f(π,ω) = eq \f(π,\f(1,2)) =2π.
令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) = eq \f(kπ,2) (k∈Z),得x=kπ+ eq \f(2π,3) (k∈Z),
∴f(x)的对称中心是 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ+\f(2π,3),0)) (k∈Z).
(2)令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) =0,则x= eq \f(2π,3) ;
令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) = eq \f(π,4) ,则x= eq \f(7π,6) ;
令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) =- eq \f(π,4) ,则x= eq \f(π,6) ;
令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) = eq \f(π,2) ,则x= eq \f(5π,3) ;
令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) =- eq \f(π,2) ,则x=- eq \f(π,3) .
∴函数y=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)-\f(π,3))) 的图象与x轴的一个交点坐标是 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3),0)) ,在这个交点左,右两侧相邻的两条渐近线方程分别是x=- eq \f(π,3) ,x= eq \f(5π,3) ,从而得到函数y=f(x)在一个周期 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(5π,3))) 内的简图(如图).
[母题变式]
(变条件、变结论)把例3中的函数换为y=|tan x|,并根据其图象判断其单调区间、奇偶性、周期性.
解析 由y=|tan x|得,y= eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(tan x,kπ≤x<kπ+\f(π,2)(k∈Z),,-tan x,-\f(π,2)+kπ<x<kπ(k∈Z).))
其图象如图:
由图象可知,函数y=|tan x|是偶函数.
函数y=|tan x|的周期T=π,
函数y=|tan x|的单调递增区间 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ,kπ+\f(π,2))) (k∈Z),
单调递减区间为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,2),kπ)) (k∈Z).
[规律方法]
1. 熟练掌握正切函数的图象和性质是解决正切函数综合问题的关键,正切曲线是被相互平行的直线x= eq \f(π,2) +kπ,k∈Z隔开的无穷多支曲线组成,y=tan x的对称中心为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2),0)) ,k∈Z.
2.作函数y=|f(x)|的图象一般利用图象变换方法,具体步骤
(1)保留函数y=f(x)图象在x轴上方的部分;
(2)将函数y=f(x)图象在x轴下方的部分沿x轴向上翻折.
3.若函数为周期函数,可先研究其一个周期上的图象,再利用周期性,延拓到定义域上即可.
[触类旁通]
3.(多选)(2024·苏州高一统考期末)已知函数f(x)=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))) ,则下列结论中正确的有( )
A.f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,24))) <f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)))
B.f(x)的定义域 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠\f(kπ,2)+\f(5π,12),k∈Z))))
C.f(x)在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,3))) 上单调递增
D.若f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1)) =f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2)) ,x1≠x2,则 eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x1-x2)) 的最小值为π
解析 已知函数f(x)=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))) ,由2x- eq \f(π,3) ≠ eq \f(π,2) +kπ,k∈Z,
则x≠ eq \f(kπ,2) + eq \f(5π,12) ,k∈Z.
即函数f(x)的定义域为 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠\f(kπ,2)+\f(5π,12),k∈Z)))) ,故B选项正确;
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,24))) =tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,12)-\f(π,3))) =tan eq \f(π,4) =1,
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4))) =tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-\f(π,3))) =tan eq \f(7π,6) =tan eq \f(π,6) = eq \f(\r(3),3) ,
则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,24))) >f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4))) ,故A选项错误;
当x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,3))) 时,2x- eq \f(π,3) ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,3))) ,则f(x)在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,3))) 上单调递增, 故C选项正确;
因为f(x)=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))) 的周期T= eq \f(π,2) ,所以若f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1)) =f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2)) ,x1≠x2,则 eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(x1-x2)) 的最小值为 eq \f(π,2) ,故D选项错误;故选 BC.
答案 BC
[缜密思维提能区] 易错案例
正切函数的定义域问题
【典例】 求函数y= eq \r(\r(3)-tan x) 的定义域和值域.
[解析] 由 eq \r(3) -tan x≥0得,tan x≤ eq \r(3) .
结合y=tan x的图象可知,在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))) 上,
满足tan x≤ eq \r(3) 的角x应满足- eq \f(π,2) <x≤ eq \f(π,3) ,
所以函数y= eq \r(\r(3)-tan x) 的定义域为
其值域为[0,+∞).
[纠错心得] 先利用诱导公式将x的系数变为正数再求其单调区间.求单调区间,求定义域时,要注意正切函数自身的限制条件,另外解不等式时,要充分利用三角函数的图象或三角函数线.
知识落实
技法强化
(1)正切函数图象的画法.
(2)正切函数的性质.
(1)常用方法:整体代换.
(2)注意:y=A tan (ωx+φ)的最小正周期T= eq \f(π,|ω|) ;y=tan x在定义域内不单调,对称中心为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2),0)) (k∈Z).
$$