内容正文:
第17讲 函数y=A sin (ωx+φ)
的图象及应用
必备知识
1
考点精析
2
综合提升
3
必备知识
PART
01
第一部分
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2.函数y=sin x的图象经变换得到y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象的两种途径
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考点精析
PART
02
第二部分
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归纳总结 (1)三角函数模型的应用体现在两方面:一是已知函数模型求解数学问题;二是把实际问题抽象转化成数学问题,建立数学模型再利用三角函数的有关知识解决问题.
(2)方程根的个数可转化为两个函数图象的交点个数.
(3)研究y=A sin (ωx+φ)的性质时可将ωx+φ视为一个整体,利用换元法和数形结合思想进行解题.
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综合提升
PART
03
第三部分
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eq \f(π-φ,ω)
eq \f(3π,2ω) - eq \f(φ,ω)
eq \f(2π-φ,ω)
1.用五点法画y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0,x∈R)一个周期内的简图时,要找五个特征点
x
__________
__________
________
__________
________
ωx+φ
0
eq \f(π,2)
π
eq \f(3π,2)
2π
y=A sin (ωx+φ)
0
A
0
-A
0
- eq \f(φ,ω)
eq \f(π,2ω) - eq \f(φ,ω)
3.简谐运动的有关概念
y=A sin (ωx+φ)
(A>0,ω>0),
x≥0
振幅
周期
频率
相位
初相
A
T=______
f= eq \f(1,T) = eq \f(ω,2π)
ωx+φ
φ
eq \f(2π,ω)
1.函数y=A sin (ωx+φ)+k的图象平移的规律为“左加右减,上加下减”.
2.由y=sin ωx到y=sin (ωx+φ)(ω>0,φ>0)的变换:向左平移 eq \f(φ,ω) 个单位长度而非φ个单位长度.
3.若函数y=A sin (ωx+φ)+k(A>0,ω>0)的最大值为M,最小值为m,则A= eq \f(M-m,2) ,k= eq \f(M+m,2) .
考点一 函数y=A sin (ωx+φ)的图象及变换
\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,3))) INCLUDEPICTURE "F:\\2024课件徐\\6.25 广东学考\\学业水平政治\\例1.tif" \* MERGEFORMAT
(1)(2022·广东学考)为了得到函数y=cos 的图象,只要把余弦曲线上的所有的点( )
A.向左平移 eq \f(1,3) 个单位长度
B. 向右平移 eq \f(1,3) 个单位长度
C. 向左平移 eq \f(π,3) 个单位长度
D. 向右平移 eq \f(π,3) 个单位长度
解析:将余弦曲线上的所有点向左平移 eq \f(π,3) 个单位长度可得y=cos (x+ eq \f(π,3) )的图象,故选C.
(2)已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))) ,若将f(x)的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度后,再把所得曲线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)的图象,则( )
A.g(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(π,6)))
B.g(x)=sin 4x
C.g(x)=sin x
D.g(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6)))
解析:将函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))) 的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度,可得函数y=sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6)))+\f(π,6))) =sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) 的图象;
再把y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) 图象上所有点的横坐标伸长到原来2倍(纵坐标不变)得到函数g(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6))) 的图象.
归纳总结 (1)五点法作简图:用“五点法”作y=A sin (ωx+φ)的简图,主要是通过变量代换,设z=ωx+φ,由z取0, eq \f(π,2) ,π, eq \f(3π,2) ,2π来求出相应的x,通过列表,计算得出五点坐标,描点后得出图象.
(2)图象变换:由函数y=sin x的图象通过变换得到y=A sin (ωx+φ)的图象,有两种主要途径:“先平移后伸缩”与“先伸缩后平移”.
考点二 由图象确定y=A sin (ωx+φ)的解析式
\f(π,2) INCLUDEPICTURE "F:\\2024课件徐\\6.25 广东学考\\学业水平政治\\例2.tif" \* MERGEFORMAT
(1)已知函数f(x)=2cos (ωx+φ)(|φ|<)的部分图象如图所示,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2))) =__________.
- eq \r(3)
解析:设函数f(x)的最小正周期为T.由题意可得 eq \f(3,4) T= eq \f(13π,12) - eq \f(π,3) = eq \f(3π,4) ,所以T=π,ω= eq \f(2π,T) =2.
当x= eq \f(13π,12) 时,ωx+φ=2× eq \f(13π,12) +φ=2kπ,k∈Z,所以φ=2kπ- eq \f(13,6) π(k∈Z),令k=1可得φ=- eq \f(π,6) ,所以f(x)=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) ,f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2))) =
2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2×\f(π,2)-\f(π,6))) =2cos eq \f(5π,6) =- eq \r(3) .
故答案为- eq \r(3) .
(2)函数f(x)=cos (ωx+φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ω>0,|φ|<\f(π,2))) 的部分图象如图所示,
则函数f(x)的解析式为__________________.
解析:根据题图,可得 eq \f(T,4) = eq \f(7π,12) - eq \f(π,3) = eq \f(π,4) ,即T=π= eq \f(2π,ω) ,解得ω=2.点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0)) 是五点作图的第二个点,则2× eq \f(π,3) +φ= eq \f(π,2) ,解得φ=- eq \f(π,6) ,满足|φ|< eq \f(π,2) ,所以f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) .
f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6)))
归纳总结 确定y=A sin (ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的步骤和方法
(1)求A,b,确定函数的最大值M和最小值m,则A= eq \f(M-m,2) ,b= eq \f(M+m,2) .
(2)求ω,确定函数的最小正周期T,则可得ω= eq \f(2π,T) .
(3)求φ,常用的方法有:
①代入法:把图象上的一个已知点代入(此时A,ω,b已知)或代入图象与直线y=b的交点求解(此时要注意交点是在上升区间上还是在下降区间上).若能求出离原点最近的右侧图象上升(或下降)的“零点”横坐标x0,则令ωx0+φ=0(或ωx0+φ=π),即可求出φ.
②特殊点法:确定φ值时,往往以寻找“最值点”为突破口.具体如下:
“最大值点”(即图象的“峰点”)时ωx+φ= eq \f(π,2) ;
“最小值点”(即图象的“谷点”)时ωx+φ= eq \f(3π,2) .
考点三 三角函数图象性质的应用
已知f(x)=2cos (2ωx+φ)(其中ω>0,- eq \f(π,2) <φ<0)的部分图象如图所示,则下列说法中不正确的是( )
A.ω=4
B.φ=- eq \f(π,6)
C.函数f(x)在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12),\f(π,4))) 上单调递减
D.若f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)α-\f(π,12))) = eq \f(1,3) ,且α∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(π,2))) ,则sin α-cos α= eq \f(\r(30),6)
解析:由题图可知 eq \f(T,2) = eq \f(π,6) - eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,12))) = eq \f(π,4) (T为f(x)的最小正周期),则T= eq \f(π,2) ,又ω>0,所以 eq \f(2π,2ω) = eq \f(π,2) ,则ω=2,所以选项A错误;f(x)=2cos (4x+φ),因为点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),0)) 在函数f(x)的单调递减的图象上,所以4× eq \f(π,6) +φ= eq \f(π,2) +2kπ,k∈Z,所以φ=- eq \f(π,6) +2kπ,k∈Z,因为- eq \f(π,2) <φ <0,所以φ=- eq \f(π,6) ,所以选项B正确;
f(x)=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(π,6))) ,若x∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12),\f(π,4))) ,则4x- eq \f(π,6) ∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(5π,6))) ,所以函数f(x)=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(π,6))) 在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12),\f(π,4))) 上单调递减,所以选项C正确;若f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)α-\f(π,12))) = eq \f(1,3) ,则2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α-\f(π,2))) = eq \f(1,3) ,即sin 2α= eq \f(1,6) ,所以(sin α-cos α)2=sin2α+cos2α-2sinαcos α=1-sin 2α=1- eq \f(1,6) = eq \f(5,6) ,因为α∈ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),\f(π,2))) ,所以sin α>cos α,即sin α-cos α>0,所以sin α-cos α= eq \f(\r(30),6) ,所以选项D正确.故选A.
1.(2024·广东学考模拟)把函数y=cos x图象上各点的横坐标变为原来的2倍,纵坐标不变,得到函数y=cos ωx的图象,则ω的值为( )
A.2 B. eq \f(1,2) C.4 D. eq \f(1,4)
解析:把函数y=cos x图象上各点的横坐标变为原来的2倍,纵坐标不变,得到函数y=cos eq \f(1,2) x的图象,故ω的值为 eq \f(1,2) .
2.将函数f(x)=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)x+\f(π,12))) 的图象上各点向右平移 eq \f(π,12) 个单位长度得函数g(x)的图象,则g(x)的单调递增区间为( )
A. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(5π,3),2kπ+\f(22π,3))) ,k∈Z
B. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(4kπ-\f(5π,3),4kπ+\f(4π,3))) ,k∈Z
C. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(6kπ-\f(5π,3),6kπ+\f(4π,3))) ,k∈Z
D. eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(4π,9π))
解析:将f(x)=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)x+\f(π,12))) 的图象向右平移 eq \f(π,12) 个单位长度后,
得到g(x)=3sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,3)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,12)))+\f(π,12))) ,即g(x)=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)x+\f(π,18))) 的图象,
令2kπ- eq \f(π,2) ≤ eq \f(1,3) x+ eq \f(π,18) ≤2kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,
解得6kπ- eq \f(5π,3) ≤x≤6kπ+ eq \f(4π,3) ,k∈Z,
所以g(x)的单调递增区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(6kπ-\f(5π,3),6kπ+\f(4π,3))) ,k∈Z.
故选C.
3.为了得到函数y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) 的图象,可以将函数y=sin 2x的图象( )
A.向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度
B.向右平移 eq \f(π,12) 个单位长度
C.向左平移 eq \f(π,6) 个单位长度
D.向左平移 eq \f(π,12) 个单位长度
解析:y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) =sin 2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,12))) ,故将函数y=sin 2x的图象向右平移 eq \f(π,12) 个单位长度,可得y=sin (2x- eq \f(π,6) )的图象.故选B.
4.若将函数f(x)=sin 2x+cos 2x的图象向右平移φ个单位长度,所得图象关于y轴对称,则φ的最小正值是( )
A. eq \f(π,8) B. eq \f(π,4) C. eq \f(3π,8) D. eq \f(5π,4)
解析:f(x)=sin 2x+cos 2x= eq \r(2) ·cos (2x- eq \f(π,4) ),将函数f(x)的图象向右平移φ个单位长度后所得图象对应的函数为y= eq \r(2) cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4)-2φ)) ,且该函数为偶函数,
故2φ+ eq \f(π,4) =kπ(k∈Z),所以φ的最小正值为 eq \f(3π,8) .
故选C.
5.已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) ,先将y=f(x)的图象上所有点的横坐标变为原来的4倍,纵坐标不变,再将图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度,得到函数y=g(x)的图象,则下列结论错误的是( )
A.g(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)x+\f(π,6)))
B.g(x)的图象关于直线x=- eq \f(7π,2) 对称
C.g(x)的最小正周期为4π
D.g(x)在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-3π,-\f(3π,2))) 上单调递减
解析:将y=f(x)的图象上所有点的横坐标变为原来的4倍,纵坐标不变,可得到函数y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)x+\f(π,3))) 的图象,再将所得图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度,可得到函数g(x)=sin [ eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6))) + eq \f(π,3) ]=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)x+\f(π,4))) 的图象,A错误;g eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7π,2))) =sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7π,4)+\f(π,4))) =sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3π,2))) =1,B正确;函数g(x)的最小正周期T= eq \f(2π,\f(1,2)) =4π,C正确;当-3π<x<- eq \f(3π,2) 时,- eq \f(5π,4) < eq \f(1,2) x+ eq \f(π,4) <- eq \f(π,2) ,易知函数g(x)在区间 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-3π,-\f(3π,2))) 上单调递减,D正确.
6.将函数y=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))) 的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度,则平移后的图象中与y轴最近的对称轴的方程是________.
x=- eq \f(5π,24)
解析:将函数y=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))) 的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度后所得图象对应的函数解析式为y=3sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6)))+\f(π,4))) =3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,12))) .
由2x- eq \f(π,12) = eq \f(π,2) +kπ,k∈Z,得x= eq \f(kπ,2) + eq \f(7π,24) ,k∈Z,
当k=-1时,对称轴方程为x=- eq \f(5π,24) ,当k=0时,对称轴方程为x= eq \f(7π,24) ,故平移后的图象中与y轴最近的对称轴的方程是x=- eq \f(5π,24) .
7.已知函数f(x)=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ< eq \f(π,2) )的部分图象如图所示.
(1)求函数f(x)的解析式;
解:由图象可知,A=2, eq \f(3T,4) = eq \f(7π,6) - eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3))) = eq \f(3π,2) ,
所以T=2π,则ω= eq \f(2π,T) =1,
又- eq \f(π,3) +φ=2kπ,k∈Z,0<φ< eq \f(π,2) ,
则φ= eq \f(π,3) ,所以f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,3))) .
(2)将函数y=f(x)的图象向左平移 eq \f(π,6) 个单位长度后,再将得到的图象上各点的横坐标缩短到原来的 eq \f(1,2) 倍,纵坐标不变,得到函数y=g(x)的图象,求函数y=g(x)+2sin 2x的单调递减区间.
解:由题意可得,函数g(x)=2cos 2x,
故y=g(x)+2sin 2x=2cos 2x+2sin 2x=2 eq \r(2) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))) ,
令 eq \f(π,2) +2kπ≤2x+ eq \f(π,4) ≤ eq \f(3π,2) +2kπ,k∈Z,
解得 eq \f(π,8) +kπ≤x≤ eq \f(5π,8) +kπ,k∈Z,
所以函数的单调递减区间为[ eq \f(π,8) +kπ, eq \f(5π,8) +kπ],k∈Z.
8.已知f(x)=sin ωx- eq \r(3) cos ωx,ω>0.
(1)若函数f(x)图象的两条相邻对称轴之间的距离为 eq \f(π,2) ,求f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2))) 的值;
解:f(x)=sin ωx- eq \r(3) cos ωx=
2× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)sin ωx-\f(\r(3),2)cos ωx)) =
2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx-\f(π,3))) ,
因为函数f(x)图象的两条相邻对称轴之间的距离为 eq \f(π,2) ,所以 eq \f(1,2) T= eq \f(π,2) ,
则T=π,所以T= eq \f(2π,ω) =π,解得ω=2,
所以f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))) ,
所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2))) =2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2×\f(3π,2)-\f(π,3))) =2sin eq \f(π,3) =2× eq \f(\r(3),2) = eq \r(3) .
(2)若函数f(x)的图象关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0)) 对称,且函数f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4))) 上单调,求ω的值.
解:由(1)知f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx-\f(π,3))) ,因为函数f(x)的图象关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0)) 对称,
所以 eq \f(πω,3) - eq \f(π,3) =kπ,k∈Z,
所以ω=3k+1,k∈Z.
由x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4))) ,ω>0,
得ωx- eq \f(π,3) ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(πω,4)-\f(π,3))) ,
因为f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,4))) 上单调,
所以 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(πω,4)-\f(π,3)≤\f(π,2),,ω>0,))
解得0<ω≤ eq \f(10,3) ,所以取k=0,则ω=1.
$