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教考衔接(5) 三角函数中ω的求法
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教考衔接(5) 三角函数中ω的求法
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一、真题展示
1.(2024·北京卷)设函数f(x)=sin ωx(ω>0).已知f(x1)=-1,f(x2)=1,且|x1-x2|的最小值为 eq \f(π,2) ,则ω=( )
A.1 B.2
C.3
D.4
2.(2022·全国统考高考真题)记函数f(x)=cos (ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的最小正周期为T,若f(T)= eq \f(\r(3),2) ,x= eq \f(π,9) 为f(x)的零点,则ω的最小值为____________.
二、真题溯源
[教科书P196]
3.设k为正数,若函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kx+\f(π,5))) 的最小正周期为 eq \f(2π,3) ,求k的值.
三、类法探究
三角函数是高中数学的重要组成部分,而ω是三角函数内容中的主要要素,求ω的值主要通过三角函数的性质来求解,数学运算是解决数学问题的基本手段,通过运算可促进学生思维的发展;而逻辑推理是得到数学结论、构建数学体系的重要方式.运算和推理贯穿于探究数学问题的始终,可交替使用,相辅相成.
类型一 三角函数的最值与ω的关系
已知函数f(x)=2sin ωx在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4))) 上的最小值为-2,则ω的取值范围是____________.
[解析] 由题意显然ω≠0,若ω>0,当x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4))) 时,- eq \f(π,3) ω≤ωx≤ eq \f(π,4) ω,因为函数f(x)=2sin ωx在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4))) 上的最小值为-2,所以- eq \f(π,3) ω≤- eq \f(π,2) ,解得ω≥ eq \f(3,2) .若ω<0,当x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4))) 时, eq \f(π,4) ω≤ωx≤- eq \f(π,3) ω,因为函数f(x)=2sin ωx在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4))) 上的最小值为-2,所以 eq \f(π,4) ω≤- eq \f(π,2) ,解得ω≤-2.综上所述,符合条件的实数ω的取值范围是(-∞,-2]∪ eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2),+∞)) .
[答案] (-∞,-2]∪ eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2),+∞))
[反思感悟] 利用三角函数的最值与周期的关系,列出关于ω的不等式,进而求出ω的值或取值范围.
类型二 三角函数的单调性与ω的关系
已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,6))) (ω>0)在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)) 上单调递减,则实数ω的取值范围是( )
A. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2,3),1))
B. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2,3),\f(4,3)))
C. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,2))
D. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2),2))
[解析] 依题意 eq \f(T,2) ≥π- eq \f(π,2) = eq \f(π,2) ,即T≥π,又T= eq \f(2π,ω) ,所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(2π,ω)≥π,,ω>0,)) 解得0<ω≤2,又x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)) ,所以ωx+ eq \f(π,6) ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2)ω+\f(π,6),πω+\f(π,6))) ,所以 eq \f(π,6) < eq \f(π,2) ω+ eq \f(π,6) ≤ eq \f(7π,6) .要使函数在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)) 上单调递减,所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)≤\f(π,2)ω+\f(π,6),,πω+\f(π,6)≤\f(3π,2),)) 解得 eq \f(2,3) ≤ω≤ eq \f(4,3) ,故选B.
[答案] B
[反思感悟] 根据正弦函数的单调递减区间,确定函数f(x)的单调递减区间,根据函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,6))) (ω>0)在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)) 上单调递减建立不等式,即可求ω的取值范围.
类型三 三角函数的对称性与ω的关系
记函数f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3))) (ω>0)的最小正周期为T,且y=f(x)的图象关于x= eq \f(π,6) 对称,当ω取最小值时,f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T,2))) =____________.
[解析] 由y=f(x)的图象关于x= eq \f(π,6) 对称,则ω× eq \f(π,6) + eq \f(π,3) =kπ,k∈Z,
∴ω=6k-2(k∈Z),又∵ω>0,
∴当k=1,ω的最小值为4,
此时f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x+\f(π,3))) ,T= eq \f(2π,4) = eq \f(π,2) ,
∴f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T,2))) =f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4))) =cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(π,4)+\f(π,3))) =cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π+\f(π,3))) =- eq \f(1,2) .故答案为- eq \f(1,2) .
[答案] - eq \f(1,2)
[反思感悟] 根据余弦函数的对称轴确定f(x)的对称轴,结合函数的最值列出方程求得ω的表达式,进一步求出最小值.
类型四 三角函数的图象变换与ω的关系
已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3))) (ω>0),将函数y=f(x)的图象向右平移 eq \f(π,3) 个单位长度后,得到函数y=g(x)的图象,若g(-x)=g(x),则ω的最小值为( )
A.2
B. eq \f(5,2)
C.3
D. eq \f(7,2)
[解析] 由题可得y=g(x)=sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ω\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))+\f(π,3))) =sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx-\f(π,3)ω+\f(π,3))) ,
又g(-x)=g(x),∴函数y=g(x)为偶函数,∴- eq \f(π,3) ω+ eq \f(π,3) =kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,即ω=-3k- eq \f(1,2) ,k∈Z,ω>0,∴k=-1时,ω有最小值为 eq \f(5,2) .故选B.
[答案] B
$$