内容正文:
第四章 三角函数与解三角形
第五节 三角函数的图象与性质
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目录
contents
Part
01
夯实·必备知识
研磨·高考题型
Part
02
课时作业
Part
03
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(π,0)
(π,-1)
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[-1,1]
[-1,1]
R
2π
2π
π
奇函数
偶函数
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[2kπ-π,2kπ]
[2kπ,2kπ+π]
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(kπ,0)
x=kπ
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[课标要求] 1.能画出三角函数的图象.2.了解三角函数的周期性、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]上的性质及正切函数在 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
(1)在正弦函数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)), , eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),-1)),(2π,0).
(2)在余弦函数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)), , 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
{x|x≠kπ+ eq \f(π,2)}
值域
_____________
_____________
__
周期
性
____
____
__
奇偶
性
______
______
奇函数
eq \b\lc\ \rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,2)))
eq \b\lc\[(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),))
eq \b\lc\ \rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(3π,2)))
递增
区间
_____________
_____________
________________
___________
___________
递减
区间
_____________
_____________
________________
eq \b\lc\[(\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),))
eq \b\lc\ \rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2)))
eq \b\lc\((\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,2),))
对称
中心
_____________
_________
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2),0))
对称
轴方
程
_____________
________
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ+\f(π,2),0))
x=kπ+ eq \f(π,2)
【常用结论】
1.对称性与周期性
(1)正弦曲线、余弦曲线相邻两对称中心、相邻两对称轴之间的距离是 eq \f(1,2)个周期,相邻的对称中心与对称轴之间的距离是 eq \f(1,4)个周期.
(2)正切曲线相邻两对称中心之间的距离是 eq \f(1,2)个周期.
2.与三角函数的奇偶性相关的结论
(1)若y=A sin (ωx+φ)为偶函数,则φ=kπ+ eq \f(π,2)(k∈Z);若为奇函数,则φ=kπ(k∈Z).
(2)若y=A cos (ωx+φ)为偶函数,则φ=kπ(k∈Z);若为奇函数,则φ=kπ+ eq \f(π,2)(k∈Z).
(3)若y=A tan (ωx+φ)为奇函数,则φ=kπ(k∈Z).
1.判断下列结论是否正确.(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数y=sin x,x∈[0,2π],y=cos x,x∈[0,2π]的五个关键点是零点和极值点.( )
(2)函数y=sin x图象的对称轴方程为x=2kπ+ eq \f(π,2)(k∈Z).( )
(3)函数y=tan x在整个定义域上是增函数.( )
2.(多选)已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,2)))(x∈R),下列结论正确的是( )
A.函数f(x)的最小正周期为2π
B.函数f(x)在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上单调递增
C.函数f(x)的图象关于直线x=0对称
D.函数f(x)是奇函数
答案 ABC
解析 由题意得f(x)=-cos x,
对于A,T= eq \f(2π,1)=2π,故A正确;
对于B,因为y=cos x在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上单调递减,所以函数f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上单调递增,故B正确;
对于C,f(-x)=-cos (-x)=-cos x=f(x),所以函数f(x)是偶函数,所以其图象关于直线x=0对称,故C正确,D错误.
3.下列函数,最小正周期为2π的是( )
A.y=sin eq \f(x,2) B.y=sin 2x
C.y= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(sin \f(x,2))) D.y= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(sin 2x))
答案 C
解析 函数y=sin eq \f(x,2)的最小正周期为T= eq \f(2π,\f(1,2))=4π,故A不符合;
函数y=sin 2x,其最小正周期为T= eq \f(2π,2)=π,故B不符合;
因为函数y=sin eq \f(x,2)的最小正周期为T=4π,所以函数y= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(sin \f(x,2)))的最小正周期为2π,故C符合;
因为函数y=sin 2x的最小正周期为T= eq \f(2π,2)=π,所以函数y= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(sin 2x))的最小正周期为 eq \f(π,2),故D不符合.故选C.
4.不等式cos x≥ eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x∈\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-π,π))))的解集为________.
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,3)))
解析 画出y=cos x eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x∈\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-π,π))))的图象,如图所示,
由图可知,不等式cos x≥ eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x∈\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-π,π))))的解集为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,3))).
题型一 三角函数的定义域和值域
[例1] (1)函数y= eq \r(cos x-\f(\r(3),2))的定义域为( )
A. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),\f(π,6)))
B. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,6),kπ+\f(π,6)))(k∈Z)
C. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,6),2kπ+\f(π,6)))(k∈Z)
D.R
答案 C
解析 由cos x- eq \f(\r(3),2)≥0,得cos x≥ eq \f(\r(3),2),
∴2kπ- eq \f(π,6)≤x≤2kπ+ eq \f(π,6)(k∈Z).
(2)函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πx,6)-\f(π,3)))(0≤x≤9)的最大值与最小值之和为( )
A.2- eq \r(3) B.0
C.-1 D.-1- eq \r(3)
答案 A
解析 因为0≤x≤9,
则- eq \f(π,3)≤ eq \f(πx,6)- eq \f(π,3)≤ eq \f(7π,6),
所以sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πx,6)-\f(π,3)))∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(\r(3),2),1)).
即y∈[- eq \r(3),2],所以ymax+ymin=2- eq \r(3).
eq \a\vs4\al([思维升华])
三角函数值域的不同求法
(1)把所给的三角函数式变换成y=A sin (ωx+φ)的形式求值域.
(2)把sin x或cos x看作一个整体,转换成二次函数求值域.
(3)利用sin x±cos x和sin x cos x的关系转换成二次函数求值域.
[即时训练]
(1)(2025·昆明模拟)函数y= eq \f(sin x+cos x,tan x)的定义域为__________.
答案 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≠\f(kπ,2),k∈Z))))
解析 因为函数y=sin x与y=cos x的定义域为R,
若要使函数y= eq \f(sin x+cos x,tan x)有意义,必须使tan x有意义,且tan x≠0,
所以有 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≠kπ+\f(π,2),k∈Z,,x≠kπ,k∈Z,))解得x≠ eq \f(kπ,2),k∈Z,
所以函数y= eq \f(sin x+cos x,tan x)的定义域为 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≠\f(kπ,2),k∈Z)))).
(2)(2025·四川泸州质检)函数y=sin 2x-3cos x+2的最大值为( )
A.5 B. eq \f(21,4)
C.-1 D.1
答案 A
解析 因为-1≤cos x≤1,y=sin 2x-3cos x+2=-cos 2x-3cos x+3=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(cos x+\f(3,2)))2+ eq \f(21,4),
故当cos x=-1时,函数y=sin 2x-3cos x+2取最大值,且ymax=-1+3+3=5.故选A.
题型二 三角函数的周期性、对称性与奇偶性
[例2] (1)(多选)(2025·合肥模拟)已知函数f(x)=sin x(sin x-cos x),则下列说法正确的是( )
A.函数f(x)的最小正周期为π
B.点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,8),0))是y=f(x)图象的对称中心
C.点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8),\f(1,2)))是y=f(x)图象的对称中心
D.直线x= eq \f(5π,8)是y=f(x)图象的对称轴
答案 AD
解析 f(x)=sin x(sin x-cos x)
=sin2x-sinx cos x
= eq \f(1-cos 2x,2)- eq \f(1,2)sin 2x
=- eq \f(\r(2),2)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4)))+ eq \f(1,2),
T= eq \f(2π,2)=π,故A正确;
当x=- eq \f(π,8)时,2x+ eq \f(π,4)=0,
此时sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4)))=0,
则函数关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,8),\f(1,2)))对称,故B错误;
当x= eq \f(π,8)时,2x+ eq \f(π,4)= eq \f(π,2),此时sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4)))=1,
则函数关于直线x= eq \f(π,8)对称,故C错误;
当x= eq \f(5π,8)时,2x+ eq \f(π,4)= eq \f(3π,2),此时sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4)))=-1,
则函数关于直线x= eq \f(5π,8)对称,故D正确.
(2)已知函数f(x)= eq \r(2)cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)+φ))是奇函数,且φ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))),则φ的值为________.
答案 eq \f(π,4)
解析 由已知,得 eq \f(π,4)+φ=kπ+ eq \f(π,2)(k∈Z),
所以φ=kπ+ eq \f(π,4)(k∈Z),
又因为φ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))),
所以当k=0时,φ= eq \f(π,4)符合题意.
eq \a\vs4\al([思维升华])
(1)奇偶性的判断方法:三角函数中奇函数一般可化为y=A sin ωx或y=A tan ωx的形式,而偶函数一般可化为y=A cos ωx的形式.
(2)周期的计算方法:利用函数y=A sin (ωx+φ),y=A cos (ωx+φ)(ω>0)的周期为 eq \f(2π,ω),函数y=A tan (ωx+φ)(ω>0)的周期为 eq \f(π,ω)求解.
(3)对称轴、对称中心的求法:对于可化为f(x)=A sin (ωx+φ)(或f(x)=A cos (ωx+φ))形式的函数,如果求f(x)的对称轴,只需令ωx+φ= eq \f(π,2)+
kπ(k∈Z)(或令ωx+φ=kπ(k∈Z)),求x即可;如果求f(x)的对称中心的横坐标,只需令ωx+φ=kπ(k∈Z) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或令ωx+φ=\f(π,2)+kπ(k∈Z))),求x即可.对于可化为f(x)=A tan (ωx+φ)形式的函数,如果求f(x)的对称中心的横坐标,只需令ωx+φ= eq \f(kπ,2)(k∈Z),求x即可.
[即时训练]
(1)(多选)下列函数中,最小正周期为π的是( )
A.y=cos |2x| B.y=|cos x|
C.y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))) D.y=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4)))
答案 ABC
解析 A中,y=cos |2x|=cos 2x,最小正周期为π;
B中,由图象知y=|cos x|的最小正周期为π;
C中,y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))的最小正周期T= eq \f(2π,2)=π;
D中,y=tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4)))的最小正周期T= eq \f(π,2).
(2)已知函数f(x)=2sin (ωx+φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ω>0,|φ|<\f(π,2)))的最小正周期为π,其图象关于直线x= eq \f(π,6)对称,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)))=________.
答案 eq \r(3)
解析 函数f(x)=2sin (ωx+φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ω>0,|φ|<\f(π,2)))的最小正周期为π,其图象关于直线x= eq \f(π,6)对称,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(2π,ω)=π,,\f(π,6)ω+φ=\f(π,2)+kπ,k∈Z,))
∵|φ|< eq \f(π,2),∴ω=2,φ= eq \f(π,6),
故f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))),
则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)))=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2×\f(π,4)+\f(π,6)))= eq \r(3).
题型三 三角函数的单调性
命题点1 求三角函数的单调区间
[例3] (1)(2025·河南质检)已知函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-3x)),x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))),则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的单调递增区间是( )
A. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),0)) B. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,12)))
C. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),-\f(π,4))), eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,12),\f(5π,12))) D. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,12))), eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(5π,12),\f(π,2)))
答案 D
解析 f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-3x))可化为f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3x-\f(π,4))),故单调增区间:
2kπ-π≤3x- eq \f(π,4)≤2kπ,k∈Z,
解得 eq \f(2,3)kπ- eq \f(π,4)≤x≤ eq \f(2,3)kπ+ eq \f(π,12),k∈Z.
令k=0,- eq \f(π,4)≤x≤ eq \f(π,12),令k=1, eq \f(5,12)π≤x≤ eq \f(3,4)π.
∵x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))),
所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的单调递增区间是 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4),\f(π,12))), eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(5π,12),\f(π,2))).故选D.
(2)函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))的单调递减区间为________.
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z
解析 f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-2x))的单调递减区间是g(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的单调递增区间.
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.
故所给函数的单调递减区间为 eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z.
延伸探究 若例3(2)中的函数不变,求其在[0,π]上的单调递减区间.
解 令A= eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z,B=[0,π],
∴A∩B= eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(5π,12)))∪ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(11π,12),π)),
∴f(x)在[0,π]上的单调递减区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(5π,12)))∪ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(11π,12),π)).
命题点2 根据单调性求参数
[例4] 已知f(x)=sin (2x-φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0<φ<\f(π,2)))在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3)))上单调递增,且f(x)在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(7π,8)))上有最小值,那么φ的取值范围是( )
A. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(π,2))) B. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(π,4)))
C. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),\f(π,2))) D. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(π,3)))
答案 B
解析 由x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3))),可得2x-φ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-φ,\f(2π,3)-φ)),
又由0<φ< eq \f(π,2),且f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3)))上单调递增,
可得 eq \f(2π,3)-φ≤ eq \f(π,2),所以 eq \f(π,6)≤φ< eq \f(π,2).
当x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(7π,8)))时,2x-φ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-φ,\f(7π,4)-φ)),
由f(x)在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(7π,8)))上有最小值,可得 eq \f(7π,4)-φ> eq \f(3π,2),所以φ< eq \f(π,4).综上, eq \f(π,6)≤φ< eq \f(π,4).
eq \a\vs4\al([思维升华])
(1)已知三角函数解析式求单调区间
求形如y=A sin (ωx+φ)或y=A cos (ωx+φ)(其中ω>0)的单调区间时,要视“ωx+φ”为一个整体,通过解不等式求解.但如果ω<0,可先借助诱导公式将ω化为正数,防止把单调性弄错.
(2)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.
[即时训练]
(1)(2025·四川眉山质检)令a=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,10))),b=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,18))),判断a与b的大小关系是( )
A.a>b B.a<b
C.a=b D.无法判断
答案 B
解析 因为函数y=sin x在 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),0))上单调递增,且- eq \f(π,2)<- eq \f(π,10)<- eq \f(π,18)<0,
所以a=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,10)))<sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,18)))=b.故选B.
(2)(2025·云南大理质检)已知函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3)))在x=π时有最大值,且f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,18)))上单调递增,则ω的最大值是( )
A.- eq \f(11,6) B. eq \f(1,6)
C. eq \f(13,6) D. eq \f(19,6)
答案 C
解析 f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在x=π时取得最大值,即sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωπ+\f(π,3)))=1,可得ωπ+ eq \f(π,3)= eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z,
所以ω= eq \f(1,6)+2k,k∈Z,
因为要求ω的最大值,所以这里可只考虑ω>0的情况,
又因为f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,18)))上单调递增,所以 eq \f(ωπ,18)+ eq \f(π,3)≤ eq \f(π,2),解得0<ω≤3,
当k=1时,ω= eq \f(13,6),所以ω的最大值为 eq \f(13,6).故选C.
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