内容正文:
主题二 函 数
第四章 三角函数、解三角形
第4节 三角函数的图象与性质
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主题二 第四章 三角函数、解三角形
金榜题名 创新高考总复习 数学(BS新教材)
夯实 必备知识
01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
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主题二 第四章 三角函数、解三角形
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★[课程标准]
1.能画出三角函数的图象.
2.了解三角函数的周期性、单调性、奇偶性、最大(小)值.
3.借助图象理解正弦函数、余弦函数在[0,2π]上,正切函数在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2)))上的性质.
1.用五点法作正弦函数和余弦函数的简图
正弦函数y=sin x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是:(0,0),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),1)),(π,0),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),-1)),(2π,0).
余弦函数y=cos x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是:(0,1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),0)),(π,-1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),0)),(2π,1).
2.正弦、余弦、正切函数的图象与性质(下表中k∈Z)
函数
y=sin x
y=cos x
y=tan x
图象
定义域
R
R
{xeq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x∈R且x≠))
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,2),k∈Z))}
值域
[-1,1]
[-1,1]
R
周期性
2π
2π
π
奇偶性
奇函数
偶函数
奇函数
递增
区间
eq \b\lc\[\rc\ (\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),))
eq \b\lc\ \rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2)))
[2kπ-π,2kπ]
eq \b\lc\(\rc\ (\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,2),))
eq \b\lc\ \rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,2)))
递减
区间
eq \b\lc\[\rc\ (\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),))
eq \b\lc\ \rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(3π,2)))
[2kπ,2kπ+π]
无
对称
中心
(kπ,0)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,2),0))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2),0))
对称轴
方程
x=kπ+eq \f(π,2)
x=kπ
无
1.对称与周期的关系
正弦曲线、余弦曲线相邻的两个对称中心、相邻的两条对称轴之间的距离是半个周期,相邻的对称中心与对称轴之间的距离是四分之一个周期;正切曲线相邻两个对称中心之间的距离是半个周期.
2.与三角函数的奇偶性相关的结论
(1)若y=Asin (ωx+φ)为偶函数,则有φ=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z);若为奇函数,则有φ=kπ(k∈Z).
(2)若y=Acos (ωx+φ)为偶函数,则有φ=kπ(k∈Z);若为奇函数,则有φ=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z).
(3)若y=Atan (ωx+φ)为奇函数,则有φ=eq \f(kπ,2)(k∈Z).
◆[思考辨析]
判断下列说法是否正确,正确的在它后面的括号里打“√”,错误的打“×”.
(1)函数y=sin x的图象介于直线y=1与y=-1之间.( )
(2)将余弦曲线向右平移eq \f(π,2)个单位就得到正弦曲线.( )
(3)函数y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(3π,2)))是奇函数.( )
(4)函数y=sin x的对称轴方程为x=2kπ+eq \f(π,2)(k∈Z).( )
(5)正切函数在整个定义域内是增函数.( )
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)×
◆[小题查验]
1.函数f(x)=-2taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))的定义域是( )
A.eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x∈R\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠\f(π,6)))))
B.eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x∈R\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠-\f(π,12)))))
C.eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x∈R\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x≠kπ+\f(π,6)k∈Z))))
D.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x∈R\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≠\f(kπ,2)+\f(π,6)k∈Z))))
解析:D [由2x+eq \f(π,6)≠kπ+eq \f(π,2),k∈Z,得x≠eq \f(kπ,2)+eq \f(π,6),k∈Z.]
2.(多选)下列关于函数y=4sin x,x∈[0,2π]的单调性的叙述,不正确的是( )
A.在[0,π]上单调递增,在[π,2π]上单调递减
B.在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上单调递增,在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2π))上单调递减
C.在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))及eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2π))上单调递增,在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),\f(3π,2)))上单调递减
D.在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),\f(3π,2)))上单调递增,在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))及eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2π))上单调递减
答案:ABD
3.(2024·新课标Ⅰ卷)当x∈[0,2π]时,曲线y=sin x与y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x-\f(π,6)))的交点个数为( )
A.3 B.4 C.6 D.8
解析:C [因为函数y=sin x的最小正周期为T=2π,
函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x-\f(π,6)))的最小正周期为T= eq \f(2π,3),
所以在x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,2π))上函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x-\f(π,6)))有三个周期的图象,
在坐标系中结合五点法画出两函数图象,如图所示:
由图可知,两函数图象有6个交点.故选C.]
4.(忽视三角函数中内层函数的单调性致错)(BSD必修第二册P71复习题-A组T10(2)改编)函数y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))单调递增区间为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5,12)π))(k∈Z)
B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ+\f(5,12)π,kπ+\f(11,12)π))(k∈Z)
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,3),kπ+\f(π,6)))(k∈Z)
D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,6),kπ+\f(2,3)π))(k∈Z)
解析:B [∵y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))=-sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))),即求函数y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的递减区间.故函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))的递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ+\f(5,12)π,kπ+\f(11,12)π))(k∈Z).]
5.函数y=3-2coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))的最大值为________,此时x=________.
解析:函数y=3-2coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))的最大值为3+2=5,此时x+eq \f(π,4)=π+2kπ,k∈Z,即x=eq \f(3π,4)+2kπ(k∈Z).
答案:5 eq \f(3π,4)+2kπ(k∈Z)
三角函数的定义域、值域问题
►[命题点1] 三角函数的定义域问题
1.(2025·全国模拟)若函数f(x)=eq \r(2sin\f(π,2)x-1)的定义域为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,3)+4kπ,\f(5π,3)+4kπ))(k∈Z)
B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,3)+4k,\f(5,3)+4k))(k∈Z)
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+4kπ,\f(5π,6)+4kπ))(k∈Z)
D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,6)+4k,\f(5,6)+4k))(k∈Z)
解析:B [由题意,得2sin eq \f(π,2)x-1≥0,
eq \f(π,2)x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+2kπ,\f(5π,6)+2kπ))(k∈Z),
则x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,3)+4k,\f(5,3)+4k))(k∈Z).]
2.(1)函数y=eq \r(sin x-cos x)的定义域为________.
(2)函数y=lg(sin 2x)+eq \r(9-x2)的定义域为_________________.
解析:(1)法一(利用三角函数图象):要使函数有意义,必须使sin x-cos x≥0.在同一坐标系中画出[0,2π]上y=sin x和y=cos x的图象,如图所示.
在[0,2π]内,满足sin x=cos x的x为eq \f(π,4),eq \f(5π,4),再结合正弦、余弦函数的周期是2π,所以函数y=eq \r(sin x-cos x)的定义域为
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,4)≤x≤2kπ+\f(5π,4),k∈Z)))).
法二(利用三角函数线):画出满足条件sin x≥cos x的角x的终边范围(如图阴影部分所示),
∴函数y=eq \r(sin x-cos x)的定义域为
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,4)≤x))≤2kπ+\f(5π,4),k∈Z)).
法三(利用整体思想):sin x-cos x=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,4)))≥0,将x-eq \f(π,4)视为一个整体,由正弦函数y=sin x的图象和性质可知2kπ≤x-eq \f(π,4)≤π+2kπ,k∈Z,解得2kπ+eq \f(π,4)≤x≤2kπ+eq \f(5π,4),k∈Z.所以函数y=eq \r(sin x-cos x)的定义域为
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,4)≤x≤2kπ+\f(5π,4),k∈Z)))).
(2)由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(sin 2x>0,,9-x2≥0))得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2kπ<2x<2kπ+π,k∈Z,,-3≤x≤3.))
∴-3≤x<-eq \f(π,2)或0<x<eq \f(π,2).
∴函数y=lg(sin 2x)+eq \r(9-x2)的定义域为
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-3≤x<-\f(π,2),或0<x<\f(π,2))))).
答案:(1)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,4)≤x≤2kπ+\f(5π,4),k∈Z))))
(2)eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-3≤x<-\f(π,2),或0<x<\f(π,2)))))
求三角函数的定义域实际上就是解简单的三角不等式,常借助于三角函数线或三角函数图象来求解.
►[命题点2] 三角函数的值域(最值)问题
3.(1)(2024·天津高考)已知函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin 3 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ω>0))的最小正周期为π.则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,6)))的最小值是( )
A.- eq \f(\r(3),2) B.- eq \f(3,2)
C.0 D. eq \f(3,2)
(2)(2024·四川资阳市月考)函数y=sin2x-cosx的最大值为________.
(3)函数y=sin x+cos x+sin x cos x的值域为________.
解析:(1)f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin 3 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3ωx+π))=-sin 3ωx,由T= eq \f(2π,3ω)=π得ω= eq \f(2,3),
即f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=-sin 2x,当x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,6)))时,2x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),\f(π,3))),
画出f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=-sin 2x图象,如下图:
由图可知,f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=-sin 2x在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(π,6)))上递减,
所以,当x= eq \f(π,6)时,f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))min=-sin eq \f(π,3)=- eq \f(\r(3),2).故选A.
(2)函数y=sin2x-cosx=-cos2x-cosx+1,
令t=cos x,t∈[-1,1],
则y=-t2-t+1=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(1,2)))
eq \s\up12(2)+ eq \f(5,4),t∈[-1,1],
所以当t=- eq \f(1,2)时,函数取得最大值为 eq \f(5,4).
(3)设t=sin x+cos x,则sin x cos x= eq \f(t2-1,2)(- eq \r(2)≤t≤ eq \r(2)),y=t+ eq \f(1,2)t2- eq \f(1,2)= eq \f(1,2)(t+1)2-1.
当t= eq \r(2)时,y取最大值 eq \r(2)+ eq \f(1,2);当t=-1时,y取最小值-1.
∴函数的值域为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,2)+\r(2))).
答案: (1)A (2) eq \f(5,4) (3) eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,2)+\r(2)))
1.求三角函数的定义域实际上就是解简单的三角不等式,常借助于三角函数线或三角函数图象来求解.
2.求三角函数的值域(最值)的常见题型及求解策略:
(1)形如y=asin x+bcos x+c的三角函数化为y=Asin(ωx+φ)+k的形式,再求最值(值域);
(2)形如y=asin2x+bsin x+c的三角函数,可先设sin x=t,化为关于t的二次函数求值域(最值);
(3)形如y=asin xcos x+b(sin x±cos x)+c的三角函数,可先设t=sin x±cos x,化为关于t的二次函数求值域(最值).
三角函数的单调性
►[命题点1] 求三角函数的单调区间
[典例1] (1)(2022·北京卷)已知函数f(x)=cos2x-sin2x,则( )
A.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),-\f(π,6)))上单调递减
B.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,12)))上单调递增
C.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3)))上单调递减
D.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(7π,12)))上单调递增
[解析] 因为f(x)=cos2x-sin2x=cos 2x.
对于A选项,当-eq \f(π,2)<x<-eq \f(π,16)时,-π<2x<-eq \f(π,3),则f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),-\f(π,6)))上单调递增,A错误;对于B选项,当-eq \f(π,4)<x<eq \f(π,12)时,-eq \f(π,2)<2x<eq \f(π,6),则f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,12)))上不单调,B错误;对于C选项,当0<x<eq \f(π,3)时,0<2x<eq \f(2π,3),则f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3)))上单调递减,C正确;对于D选项,当eq \f(π,4)<x<eq \f(7π,12)时,eq \f(π,2)<2x<eq \f(7π,6),则f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(7π,12)))上不单调,D错误.
[答案] C
(2)y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3) -2x))的单调递减区间为 ________ .
[解析] y=-sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的减区间是
y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的增区间.
由2kπ-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤2kπ+eq \f(π,2),k∈Z,
得kπ-eq \f(π,12)≤x≤kπ+eq \f(5π,12),k∈Z.
故所给函数的减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z.
[答案] eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z
[互动探究]
在本例(2)中函数不变,求函数在[-π,0]上的单调递减区间.
解:法一:x∈R时,y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))的减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z.令k=0,得-eq \f(π,12)≤x≤eq \f(5π,12);
令k=-1,得-eq \f(13π,12)≤x≤-eq \f(7π,12),
故x∈[-π,0]时,y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))的减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-π,-\f(7π,12))),eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),0)).
法二:因为-π≤x≤0,所以-eq \f(7,3)π≤2x-eq \f(π,3)≤-eq \f(π,3),结合正弦曲线,
由-eq \f(7,3)π≤2x-eq \f(π,3)≤-eq \f(3,2)π,解得-π≤x≤-eq \f(7,12)π;
由-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤-eq \f(π,3),解得-eq \f(π,12)≤x≤0,
所以单调减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-π,-\f(7π,12))),eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12) ,0)).
►[命题点2] 根据单调性求参数
[典例2] (1)(2025·云南保山期末)已知f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin ωx(ω>0)在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4)))上单调递增,则ω的取值范围为________.
[解析] 对于f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin ωx,令t=ωx,ω>0,则y=sin t,
因为x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4))),所以t∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(ωπ,3),\f(ωπ,4))),
结合正弦函数的单调性可知:
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\f(π,3)ω≥-\f(π,2),,\f(π,4)ω≤\f(π,2),))⇒ eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(ω≤\f(3,2),,ω≤2.))
又ω>0,所以ω∈ eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(3,2))).
[答案] eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(3,2)))
(2)若f(x)=cos x-sin x在[-a,a]上是减函数,则a的最大值是( )
A.eq \f(π,4)
B.eq \f(π,2)
C.eq \f(3π,4)
D.π
[解析] 法一: f(x)=eq \r(2)coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4))),由2kπ≤x+eq \f(π,4)≤2kπ+π(k∈Z),得2kπ-eq \f(π,4)≤x≤2kπ+eq \f(3π,4)(k∈Z).即f(x)的单调递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4)+2kπ,\f(3π,4)+2kπ))(k∈Z),
又函数f(x)在[-a,a]上是减函数,则[-a,a]⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,4),2kπ+\f(3π,4)))(k∈Z),
显然当k=0时,上述关系才能成立,则易得a的最大值是eq \f(π,4).
法二:导数法——转化为不等式恒成立模型
由已知得,f′(x)=-sin x-cos x=-(sin x+cos x)=-eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4))).
由题意知,在[-a,a]上f′(x)≤0,
即-eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))≤0在区间[-a,a]上恒成立.
也就是sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))≥0在区间[-a,a]上恒成立.
由sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))≥0,得2kπ≤x+eq \f(π,4)≤2kπ+π(k∈Z),解得2kπ-eq \f(π,4)≤x≤2kπ+eq \f(3π,4)(k∈Z).
所以[-a,a]⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,4),2kπ+\f(3π,4)))(k∈Z),显然当k=0时,上述关系才能成立,即[-a,a]⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(3π,4))),解得0<a≤eq \f(π,4).
[答案] A
[互动探究]
若本例(2)变为f(x)=cos x-sin x在[a,2a]上是增函数,则实数a的最小值为________.
解析:f(x)=eq \r(2)coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4))),由-π+2kπ≤x+eq \f(π,4)≤2kπ,k∈Z,即f(x)的增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5π,4)+2kπ,-\f(π,4)+2kπ))(k∈Z),依题意[a,2a]⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5π,4)+2kπ,-\f(π,4)+2kπ)),由于a>0且求最小值,故当k=1时上述关系才能成立.即[a,2a]⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(3π,4),\f(7π,4))),∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a≥\f(3π,4),,2a≤\f(7π,4),))即eq \f(3π,4)≤a≤eq \f(7π,8),故正数a的最小值为eq \f(3π,4).
答案:eq \f(3π,4)
求三角函数单调区间的两种方法
(1)代换法:就是将比较复杂的三角函数处理后的整体当作一个角u(或t),利用基本三角函数的单调性来求所要求的三角函数的单调区间.
(2)图象法:函数的单调性表现在图象上是:从左到右,图象上升趋势的区间为单调递增区间,图象下降趋势的区间为单调递减区间,画出三角函数的图象,结合图象易求它的单调区间.
提醒:求解三角函数的单调区间时,若x的系数为负应先化为正,同时切莫漏掉考虑函数自身的定义域.
已知三角函数的单调区间求参数,先求出函数的单调区间,然后利用集合间的关系求解.
1.(2025·广东省联考)函数f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)-\f(π,6)))的单调递增区间是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(2π,3),2kπ+\f(4π,3))),k∈Z
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(2π,3),2kπ+\f(4π,3))),k∈Z
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(4kπ-\f(2π,3),4kπ+\f(4π,3))),k∈Z
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4kπ-\f(2π,3),4kπ+\f(4π,3))),k∈Z
解析:B [由-eq \f(π,2)+kπ<eq \f(x,2)-eq \f(π,6)<eq \f(π,2)+kπ,k∈Z,
得2kπ-eq \f(2π,3)<x<2kπ+eq \f(4π,3),k∈Z,
所以函数f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)-\f(π,6)))的单调递增区间是
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(2π,3),2kπ+\f(4π,3))),k∈Z.]
2.(2025·湖北荆州中学模拟)已知函数f(x)=sin 2x+cos 2x在[π-m,m]上单调递减,则m的最大值为( )
A.eq \f(3π,8)
B.eq \f(5π,8)
C.eq \f(7π,8)
D.eq \f(9π,8)
解析:B [f(x)=sin 2x+cos 2x=eq \r(2)·sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))),
令eq \f(π,2)+kπ≤2x+eq \f(π,4)≤eq \f(3π,2)+2kπ,解得eq \f(π,8)+kπ≤x≤eq \f(5,8)π+kπ,k∈Z,
因为π-m<m,所以m>eq \f(π,2),则π-m<eq \f(π,2),
故eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(π-m≥\f(π,8),,m≤\f(5π,8),))解得eq \f(π,2)<m≤eq \f(5π,8),所以m最大值为eq \f(5π,8).]
三角函数的奇偶性、周期性和对称性
►[命题点1] 三角函数的周期性
1.(2023·天津卷)已知函数f(x)图象的一条对称轴为直线x=2,f(x)的一个周期为4,则f(x)的解析式可能为( )
A.f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)x))
B.f(x)=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)x))
C.f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)x))
D.f(x)=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)x))
解析:B [由函数的解析式考查函数的最小周期性:A选项中T=eq \f(2π,\f(π,2))=4,B选项中T=eq \f(2π,\f(π,2))=4,
C选项中T=eq \f(2π,\f(π,4))=8,D选项中T=eq \f(2π,\f(π,4))=8,
排除选项C、D;
对于A选项,当x=2时,函数值sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)×2))=0,故(2,0)是函数的一个对称中心,排除选项A;
对于B选项,当x=2时,函数值coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)×2))=-1,故x=2是函数的一条对称轴.]
2.若x=eq \f(π,8)是函数f(x)=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx-\f(π,4)))(x∈R)的一个零点,且0<ω<10,则函数f(x)的最小正周期为________.
解析:依题意知,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8)))=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ωπ,8)-\f(π,4)))=0,
即eq \f(ωπ,8)-eq \f(π,4)=kπ,k∈Z,整理得ω=8k+2,k∈Z.
又因为0<ω<10,所以0<8k+2<10,得-eq \f(1,4)<k<1,
而k∈Z,所以k=0,ω=2,
所以f(x)=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4))),f(x)的最小正周期为π.
答案:π
求三角函数周期的方法
(1)利用周期函数的定义;
(2)利用公式:y=Asin(ωx+φ)和y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为eq \f(2π,|ω|),y=tan(ωx+φ)的最小正周期为eq \f(π,|ω|);
(3)利用图象:对含绝对值的三角函数的周期问题,通常要画出图象,结合图象进行判断.
1.已知函数f(x)=2cos2x-sin2x+2,则( )
A.f(x)的最小正周期为π,最大值为3
B.f(x)的最小正周期为π,最大值为4
C.f(x)的最小正周期为2π,最大值为3
D.f(x)的最小正周期为2π,最大值为4
解析:B [f(x)=2cos2x-(1-cos2x)+2=3cos2x+1=eq \f(3,2)cos 2x+eq \f(5,2),∴最小正周期为π,最大值为4.]
►[命题点2] 三角函数的对称轴或对称中心
3.当x=eq \f(π,4)时,函数f(x)=sin(x+φ)取得最小值,则函数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)-x))( )
A.是奇函数且图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),0))对称
B.是偶函数且图象关于点(π,0)对称
C.是奇函数且图象关于直线x=eq \f(π,2)对称
D.是偶函数且图象关于直线x=π对称
解析:C [∵当x=eq \f(π,4)时,函数f(x)取得最小值,
∴sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)+φ))=-1,∴φ=2kπ-eq \f(3π,4)(k∈Z).
∴f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+2kπ-\f(3π,4)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(3π,4))).
∴y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)-x))=sin(-x)=-sin x.
∴y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)-x))是奇函数,且图象关于直线x=eq \f(π,2)对称.]
4.(2022·新高考Ⅰ卷)记函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,4)))+b(ω>0)的最小正周期为T,若eq \f(2π,3)<T<π,且y=f(x)的图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2))中心对称,则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)))=( )
A.1
B.eq \f(3,2)
C.eq \f(5,2)
D.3
解析:A [ω=eq \f(2π,T)∈(2,3),y=f(x)的函数图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2))中心对称,则有b=2,且feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)))=2,所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)ω+\f(π,4)))+2=2,则eq \f(3π,2)ω+eq \f(π,4)=kπ,k∈Z;
解得ω=eq \f(4k-1,6),由ω∈(2,3)得k=4,ω=eq \f(5,2),
故feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)·\f(π,2)+\f(π,4)))+2=-1+2=1.]
若求f(x)=Asin(ωx+φ)的对称轴,只需令ωx+φ=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),求x;若求f(x)=Asin(ωx+φ)的对称中心的横坐标,只需令ωx+φ=kπ(k∈Z),求x即可.
2.设函数f(x)=eq \r(3)sin(2x+φ)+cos(2x+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(|φ|<\f(π,2))),且其图象关于直线x=0对称,则( )
A.y=f(x)的最小正周期为π,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上为增函数
B.y=f(x)的最小正周期为π,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上为减函数
C.y=f(x)的最小正周期为eq \f(π,2),且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4)))上为增函数
D.y=f(x)的最小正周期为eq \f(π,2),且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4)))上为减函数
解析:B [∵函数f(x)=eq \r(3)sin(2x+φ)+cos(2x+φ)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+φ+\f(π,6)))的图象关于直线x=0对称,
∴函数f(x)为偶函数,∴φ+eq \f(π,6)=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z).
∵|φ|<eq \f(π,2),∴φ=eq \f(π,3),∴f(x)=2cos 2x,
∴T=eq \f(2π,2)=π.∵0<2x<π,∴0<x<eq \f(π,2),
∴函数f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上为减函数.]
►[命题点3] 三角函数奇偶性、对称性的应用
5.使函数f(x)=eq \r(3)sin(2x+θ)+cos(2x+θ)是偶函数,且在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4)))上是减函数的θ的一个值是( )
A.eq \f(π,6)
B.eq \f(π,3)
C.eq \f(2π,3)
D.eq \f(5π,6)
解析:B [∵函数f(x)=eq \r(3)sin(2x+θ)+cos (2x+θ)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+θ+\f(π,6)))是偶函数,
∴θ+eq \f(π,6)=kπ+eq \f(π,2),即θ=kπ+eq \f(π,3),k∈Z ,因此可取θ=eq \f(π,3),此时,f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,2)))=cos 2x,且在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4)))上,即2x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))时,f(x)是减函数.]
6.(多选)(2022·新高考Ⅱ卷)已知函数f(x)=sin(2x+φ)(0<φ<π)的图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3),0))中心对称,则( )
A.f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(5π,12)))单调递减
B.f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(11π,12)))有两个极值点
C.直线x=eq \f(7π,6)是曲线y=f(x)的对称轴
D.直线y=eq \f(\r(3),2)-x是曲线y=f(x)的切线
解析:AD [由题意得feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4π,3)+φ))=0,
所以eq \f(4π,3)+φ=kπ,即φ=-eq \f(4π,3)+kπ,k∈Z,
又0<φ<π,所以k=2时,φ=eq \f(2π,3),
故f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(2π,3))).
选项A,x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(5π,12)))时2x+eq \f(2π,3)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3),\f(3π,2))),
由y=sin u图象知y=f(x)是单调递减的;
选项B,x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12),\f(11π,12)))时2x+eq \f(2π,3)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),\f(5π,2))),由y=sin u图象知y=f(x)只有1个极值点,由2x+eq \f(2π,3)=eq \f(3π,2)可解得极值点;
选项C,x=eq \f(7π,6)时2x+eq \f(2π,3)=3π,y=f(x)=0,直线x=eq \f(7π,6)不是对称轴;
选项D,由y′=2coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(2π,3)))=-1,得
coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(2π,3)))=-eq \f(1,2),
解得2x+eq \f(2π,3)=eq \f(2π,3)+2kπ或2x+eq \f(2π,3)=eq \f(4π,3)+2kπ,k∈Z,从而得x=kπ或x=eq \f(π,3)+kπ,k∈Z,
所以函数y=f(x)在点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(\r(3),2)))处的切线斜率为
k=y′|x=0=2coseq \f(2π,3)=-1,
切线方程为y-eq \f(\r(3),2)=-(x-0),即y=eq \f(\r(3),2)-x.]
函数f(x)=Asin(ωx+φ)的奇偶性、对称性的应用
(1)若f(x)=Asin(ωx+φ)为偶函数,则当x=0时,f(x)取得最大或最小值;若f(x)=Asin(ωx+φ)为奇函数,则当x=0时,f(x)=0.
(2)对于函数y=Asin(ωx+φ),其对称轴一定经过图象的最高点或最低点,对称中心一定是函数的零点,因此在判断直线x=x0或点(x0,0)是否是函数的对称轴或对称中心时,可通过检验f(x0)的值进行判断.
3.(2025·唐山一模)设函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(2π,3))),则下列结论中错误的是( )
A.f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0))对称
B.f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象关于直线x= eq \f(π,6)对称
C.f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3)))上单调递减
D.f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),0))上的最大值为1
解析: B [对A, f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)+\f(2π,3)))=0,为对称点.故A正确;
对B,当x= eq \f(π,6)时,x+ eq \f(2π,3)= eq \f(π,6)+ eq \f(2π,3)= eq \f(5π,6)不是y=sin x的对称轴.故B错误;
对C,当x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3)))时,x+ eq \f(2π,3)∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2π,3),π)), y=sin x在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(2π,3),π))上单调递减.故C正确;
对D, 当x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),0))时, x+ eq \f(2π,3)∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,3),\f(2π,3))).当x+ eq \f(2π,3)= eq \f(π,2)时,取得最大值1.故D正确.故选B.]
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