内容正文:
三角函数的图象与性质
课前必备知识
课标要求
1.能画出基本三角函数的图象,了解三角函数的定义域、值域、奇偶性、单调性、周期性及最值.2.会求与三角函数有关的简单函数的定义域、值域或最值.
知识梳理
1.用五点法作正弦、余弦函数的简图
(1)y=sin x的图象在[0,2π]上的五个关键点的坐标为(0,0),__(,1)__,(π,0),__(,-1)__,(2π,0).
(2)y=cos x的图象在[0,2π]上的五个关键点的坐标为(0,1),(,0),__(π,-1)__,(,0),__(2π,1)__.
2.三角函数的图象与性质 (其中k∈Z)
函数
y=sin x
y=cos x
y=tan x
图象
周期性
2π
2π
π
奇偶性
奇函数
偶函数
奇函数
对称轴
x=kπ+
x=kπ
—
对称
中心
(kπ,0)
(kπ+,0)
(,0)
递增
区间
[2kπ-,
2kπ+]
[2kπ-π,2kπ]
(kπ-,
kπ+)
递减
区间
[2kπ+,
2kπ+]
[2kπ,2kπ+π]
—
常用结论
1.对称与周期
(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半个周期;相邻的对称中心与对称轴之间的距离是个周期.
(2)正切曲线相邻两对称中心之间的距离是半个周期.
2.奇偶性
若f(x)=A sin (ωx+φ)(A≠0,ω≠0),则
(1)f(x)为偶函数的充要条件是φ=+kπ(k∈Z);
(2)f(x)为奇函数的充要条件是φ=kπ(k∈Z).
课前训练
1.(教材母题必修习题5.4T10)函数y=cos (2x+),x∈[0,]的值域为( )
A.[0,1] B.[-1,]
C.[-,] D.[-,]
解析:B 因为x∈[0,],2x+∈[,],所以y=cos (2x+)∈[-1,].故选B.
2.下列函数中周期为π且为偶函数的是( )
A.y=sin (2x-) B.y=cos (2x-)
C.y=sin (x+) D.y=cos (x+)
解析:A 对于A,y=sin (2x-)=-cos 2x,周期为π且是偶函数,A正确;
对于B,y=cos (2x-)=sin 2x,周期为π且是奇函数,B错误;
对于C,y=sin (x+)=cos x,周期为2π,C错误;
对于D,y=cos (x+)=-sin x,周期为2π,D错误.故选A.
3.函数f(x)=2tan (3x+)+1的图象的一个对称中心可以是( )
A.(-,0) B.(-,0)
C.(-,1) D.(-,1)
解析:D 令3x+=(k∈Z),解得x=-(k∈Z),当k=0时,x=-.
因为f(x)=2tan (3x+)+1的图象是由f(x)=2tan (3x+)的图象向上平移1个单位长度得到的,所以函数f(x)=2tan (3x+)+1图象的一个对称中心可以是(-,1).故选D.
4.(教材母题必修5.4.2练习T5改编)函数y=cos (2x-)的单调递增区间是________________________________.
解析:[kπ+π,kπ+π](k∈Z)
由2kπ+π≤2x-≤2kπ+2π(k∈Z),
解得kπ+π≤x≤kπ+π(k∈Z),
所以y=cos (2x-)的单调递增区间是[kπ+π,kπ+π](k∈Z).
5.函数y=的定义域为________________________________.
解析:[2kπ+,2kπ+](k∈Z)
要使函数有意义,必须使sin x-cos x≥0.利用图象,在同一坐标系中画出y=sin x和y=cos x在[0,2π]上的图象,如图所示.
在[0,2π]内,满足sin x=cos x的x为,,再结合正弦、余弦函数的周期是2π,所以原函数的定义域为{x|2kπ+≤x≤2kπ+,k∈Z}.
课堂核心考点
考点1 三角函数的定义域和值域(最值)
【例1】 (1)函数y=+的定义域为_____________________.
(2)函数y=-tan2x+4tanx+1,x∈[-,]的值域为______________.
(3)函数f(x)=cos (2x+)的定义域为[0,m],值域为[-1,],则实数m的取值范围是____________.
解析:(1){x|2kπ≤x≤2kπ+,k∈Z}
⇒
解得2kπ≤x≤2kπ+,k∈Z.
(2)[-4,4] 因为-≤x≤,所以-1≤tan x≤1.
令tan x=t,则t∈[-1,1],
所以y=-t2+4t+1=-(t-2)2+5.
所以当t=-1,即x=-时,ymin=-4,
当t=1,即x=时,ymax=4.
故所求函数的值域为[-4,4].
(3)[,] 因为x∈[0,m],则≤2x+≤2m+,且-1≤cos (2x+)≤,
则π≤2m+≤,解得≤m≤.
1.解简单三角不等式的步骤:如sin x>a.
第一步,作出y=sin x的图象.
第二步,作直线y=a,在三角函数的图象上找出一个周期内(不一定是[0,2π])在直线y=a上方的图象.
第三步,确定sin x=a的x值,写出解集.
2.三角函数最值或值域的3种求法
(1)直接法:直接利用sin x和cos x的值域求解.
(2)化一法:把所给三角函数化为y=A sin (ωx+φ)+k的形式,由正弦函数的单调性写出函数的值域.
(3)换元法:把sin x,cos x,sin x cos x或sin x±cos x换成t,转化为二次函数.
变式探究
1.函数f(x)=的定义域为( )
A.(2kπ-,2kπ+)(k∈Z)
B.(2kπ-,2kπ)∪(2kπ,2kπ+](k∈Z)
C.(kπ-,kπ+)(k∈Z)
D.(kπ-,kπ)∪(kπ,kπ+)(k∈Z)
解析:B 由函数式知
所以
即x∈(2kπ-,2kπ)∪(2kπ,2kπ+](k∈Z).故选B.
2.函数y=sin x-cos x+sin x cos x的值域为__________.
解析:[--,1] 设t=sin x-cos x,
则t2=sin2x+cos2x-2sinx cos x,
sin x cos x=,且-≤t≤,
所以y=-+t+=-(t-1)2+1,t∈[-,].
当t=1时,ymax=1;当t=-时,ymin=--.
所以函数的值域为[--,1].
考点2 三角函数的奇偶性、周期性和对称性
【例2】 (1)若函数f(x)=4sin (ωx-)(ω>0)的最小正周期为π,则f(x)图象的对称轴可以是( )
A.x=- B.x=0
C.x= D.x=
(2)已知函数f(x)=sin (2x+φ)+cos(2x+φ)为奇函数,且存在x0∈(0,),使得f(x0)=2,则φ的一个可能值为( )
A. B.
C.- D.-
(3)(2022·新课标Ⅰ卷)记函数f(x)=sin (ωx+)+b(ω>0)的最小正周期为T.若<T<π,且y=f(x)的图象关于点(,2)中心对称,则f()=( )
A.1 B.
C. D.3
解析:(1)A 由题意得ω===2,所以f(x)=4sin (2x-),令2x-=+kπ(k∈Z),得x=+kπ(k∈Z),所以f(x)图象的对称轴为x=+kπ(k∈Z),当k=-1时,x=-,所以函数f(x)图象的对称轴可以是x=-.故选A.
(2)C 因为f(x)=sin (2x+φ)+cos (2x+φ)=2sin (2x+φ+)为奇函数,
所以φ+=kπ(k∈Z),可得φ=kπ-(k∈Z),所以排除B、D;
对于A,当φ=时,f(x)=2sin (2x+π)=-2sin 2x,当x∈(0,)时,2x∈(0,),f(x)<0,不符合题意;
对于C,当φ=-时,f(x)=2sin 2x,f()=2sin =2,符合题意.故选C.
(3)A 由函数f(x)的最小正周期T满足<T<π,得<<π,解得2<ω<3,
又因为函数f(x)的图象关于点(,2)对称,所以ω+=kπ,k∈Z,且b=2,
所以ω=-+k,k∈Z,所以ω=,f(x)=sin (x+)+2,
所以f()=sin (π+)+2=1.故选A.
函数f(x)=A sin (ωx+φ)的奇偶性、
周期性和对称性
(1)若f(x)=A sin (ωx+φ)为偶函数,则当x=0时,f(x)取得最大或最小值;若f(x)=A sin (ωx+φ)为奇函数,则当x=0时,f(x)=0.
(2)对于函数y=A sin (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)掌握一些简单函数的周期:如①y=A sin (ωx+φ)的最小正周期为;②y=A tan (ωx+φ)的最小正周期为;③y=|sin x|的最小正周期为π;④y=|tan x|的最小正周期为π.
变式探究
3.(多选)(2024·新课标Ⅱ卷)对于函数f(x)=sin 2x和g(x)=sin (2x-),下列说法正确的有( )
A.f(x)与g(x)有相同的零点
B.f(x)与g(x)有相同的最大值
C.f(x)与g(x)有相同的最小正周期
D.f(x)与g(x)的图象有相同的对称轴
解析:BC 对于A,令f(x)=sin 2x=0,解得x=,k∈Z,即为f(x)零点,令g(x)=sin (2x-)=0,解得x=+,k∈Z,即为g(x)零点,显然f(x),g(x)零点不同,A错误;
对于B,显然f(x)max=g(x)max=1,B正确;
对于C,根据周期公式,f(x),g(x)的周期均为=π,C正确;
对于D,根据正弦函数的性质,f(x)图象的对称轴满足2x=kπ+x=+,k∈Z,g(x)图象的对称轴满足2x-=kπ+x=+,k∈Z,显然f(x),g(x)图象的对称轴不同,D错误.故选BC.
4.关于函数f(x)=4sin (2x+)(x∈R),有下列命题:
①由f(x1)=f(x2)=0可得x1-x2必是π的整数倍;
②y=f(x)的表达式可改写为y=4cos (2x-);
③y=f(x)的图象关于点(-,0)对称;
④y=f(x)的图象关于直线x=-对称.
其中正确命题的序号是__________(把你认为正确的命题序号都填上).
解析:②③ 因为函数f(x)=4sin (2x+)的最小正周期T=π,所以相邻两个零点的横坐标间的距离是=,故①错误.
利用诱导公式得f(x)=4cos [-(2x+)]=4cos (-2x)=4cos (2x-),故②正确.
由于函数f(x)的图象与x轴的每个交点都是它的对称中心,将x=-代入函数f(x)得f(-)=4sin [2×(-)+]=4sin 0=0,因此点(-,0)是f(x)图象的一个对称中心,故③正确.
函数f(x)图象的对称轴必经过图象的最高点或最低点,且与y轴平行,而当x=-时,y=0,点(-,0)不是最高点也不是最低点,故直线x=-不是图象的对称轴,故命题④错误.
考点3 三角函数的单调性及综合应用
【例3】 (1)下列各式中正确的是( )
A.tan >tan
B.tan 2>tan 3
C.cos (-)>cos (-)
D.sin (-)<sin (-)
(2)(2025·河北高三统考)设函数f(x)=2sin (ωx+φ)-1(ω>0),若对于任意实数φ,f(x)在区间[,]上至少有2个零点,至多有3个零点,则ω的取值范围是( )
A.[,) B.[4,)
C.[4,) D.[,)
(3)设函数f(x)=4sin (ωx+φ),其中0<ω<1,|φ|<π,若f()=4,f()=0,则f(x)在[0,2π]上的单调减区间是( )
A.[0,π] B.[π,2π]
C.[π,π] D.[0,π]
解析:(1)C 对于A,tan =tan (-π)=tan (-),
因为正切函数y=tan x在(-,)上为增函数,且-<-<<,
所以tan (-)<tan ,即tan <tan ,A错误;
对于B,由于正切函数y=tan x在(,)上为增函数,且<2<3<,
所以tan 2<tan 3,B错误;
对于C,cos (-)=cos =cos ,cos (-)=cos =cos ,
因为余弦函数y=cos x在(0,π)为减函数,且0<<<π,
所以cos >cos ,即cos (-)>cos (-),C正确;
对于D,由于正弦函数y=sin x在(-,)上为增函数,且-<-<-<,
所以sin (-)>sin (-),D错误.故选C.
(2)B 令f(x)=0,则sin (ωx+φ)=.令t=ωx+φ,则sin t=,则问题转化为y=sin t在区间[ω+φ,ω+φ]上至少有2个t,至多有3个t,使得sin t=,求ω的取值范围.
作出y=sin t和y=的图象,观察交点个数,
可知使得sin t=的最短区间长度为2π,最长长度为2π+π,由题意列不等式2π≤(ω+φ)-(ω+φ)<2π+π,解得4≤ω<.故选B.
(3)C 根据题意可以得出直线x=π和点(π,0)分别是f(x)的图象的一条对称轴和一个对称中心,所以-==T=·=(k∈Z),即ω=(k∈Z),又0<ω<1,所以ω=.
又由f()=4得sin (×π+φ)=1,即+φ=2kπ+(k∈Z),|φ|<π,所以φ=,所以f(x)=4sin (x+).
由2kπ+≤x+≤2kπ+(k∈Z)得f(x)的单调减区间为[3kπ+π,3kπ+π](k∈Z),所以f(x)在[0,2π]上的单调减区间是[π,π].故选C.
(1)求形如y=A sin (ωx+φ)或y=A cos (ωx+φ)(其中A>0,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.但若ω<0,则应利用诱导公式将x的系数化为正数再处理.
(2)求函数的单调区间应遵循先化简的原则,并注意复合函数单调性“同增异减”的规律及导数方法的应用.
变式探究
5.(2023·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=cos ωx-1(ω>0)在区间[0,2π]有且仅有3个零点,则ω的取值范围是____________.
解析:[2,3) 因为0≤x≤2π,所以0≤ωx≤2ωπ,令f(x)=cos ωx-1=0,则cos ωx=1有3个根.
令t=ωx,则cos t=1有3个根,其中t∈[0,2ωπ],
结合余弦函数y=cos t的图象及性质可得4π≤2ωπ<6π,故2≤ω<3.
6.(多选)已知函数f(x)=sin (2x+φ)(-<φ<)的图象关于直线x=对称,则( )
A.由f(x1)=f(x2)=可得x1-x2是π的整数倍
B.函数f(x+)为偶函数
C.函数f(x)在[,]上为减函数
D.函数f(x)在区间(0,10π)上有20个零点
解析:BCD 由已知得2×+φ=kπ+,k∈Z,
所以φ=kπ-,k∈Z,
又-<φ<,所以φ=-,f(x)=sin (2x-).
对于A,当x1=,x2=时,f(x1)=f(x2)=,但x1-x2=-不是π的整数倍,A错误;
对于B,f(x+)=sin [2(x+)-]=sin (2x+)=cos 2x是偶函数,B正确;
对于C,x∈[,]时,2x-∈[,],由正弦函数性质知f(x)在[,]上是减函数,C正确;
对于D,T==π,在(0,π)上,2x-∈(-,),2x-=0或π时,f(2x-)=0,因此有两个零点,而(0,10π)含有10个周期,因此有20个零点,D正确.故选BCD.
7.已知函数f(x)=sin (ωx+φ)在区间(,)上单调,其中ω为正整数,|φ|≤,若x=为y=f(x)图象的一条对称轴,且f()=f(π)=,则φ的值为________.
解析: 因为函数f(x)=sin (ωx+φ)在区间(,)上单调,所以函数f(x)的最小正周期T≥2×(-)=,可得ω=≤3,因为ω∈N*,
所以ω=1或ω=2或ω=3.
又因为x=为y=f(x)图象的一条对称轴,可得×ω+φ=+k1π,k1∈Z,
因为f()=,可得×ω+φ=+2k2π,k2∈Z或×ω+φ=+2k3π,k3∈Z.
若×ω+φ=+2k2π,k2∈Z,
则ω=+(k1-2k2)π,k1∈Z,k2∈Z,
即ω=+(k1-2k2),k1∈Z,k2∈Z,
此时不存在整数k1,k2,使得ω=1或ω=2或ω=3;
若×ω+φ=+2k3π,k3∈Z,则ω=-+(k1-2k3)π,k1∈Z,k3∈Z,
即ω=-+(k1-2k3),k1∈Z,k3∈Z,
此时不存在整数k1,k3,使得ω=1或ω=3,
当k1=2k3+1时,可得ω=2,此时φ=+2k3π,k3∈Z,
因为|φ|≤,所以φ=.
学科网(北京)股份有限公司
$
三角函数的图象与性质
课前必备知识
课标要求
1.能画出基本三角函数的图象,了解三角函数的定义域、值域、奇偶性、单调性、周期性及最值.2.会求与三角函数有关的简单函数的定义域、值域或最值.
知识梳理
1.用五点法作正弦、余弦函数的简图
(1)y=sin x的图象在[0,2π]上的五个关键点的坐标为(0,0),__(,1)__,(π,0),__(,-1)__,(2π,0).
(2)y=cos x的图象在[0,2π]上的五个关键点的坐标为(0,1),(,0),__(π,-1)__,(,0),__(2π,1)__.
2.三角函数的图象与性质 (其中k∈Z)
函数
y=sin x
y=cos x
y=tan x
图象
周期性
2π
2π
π
奇偶性
奇函数
偶函数
奇函数
对称轴
x=kπ+
x=kπ
—
对称
中心
(kπ,0)
(kπ+,0)
(,0)
递增
区间
[2kπ-,
2kπ+]
[2kπ-π,2kπ]
(kπ-,
kπ+)
递减
区间
[2kπ+,
2kπ+]
[2kπ,2kπ+π]
—
常用结论
1.对称与周期
(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半个周期;相邻的对称中心与对称轴之间的距离是个周期.
(2)正切曲线相邻两对称中心之间的距离是半个周期.
2.奇偶性
若f(x)=A sin (ωx+φ)(A≠0,ω≠0),则
(1)f(x)为偶函数的充要条件是φ=+kπ(k∈Z);
(2)f(x)为奇函数的充要条件是φ=kπ(k∈Z).
课前训练
1.(教材母题必修习题5.4T10)函数y=cos (2x+),x∈[0,]的值域为( )
A.[0,1] B.[-1,]
C.[-,] D.[-,]
2.下列函数中周期为π且为偶函数的是( )
A.y=sin (2x-) B.y=cos (2x-)
C.y=sin (x+) D.y=cos (x+)
3.函数f(x)=2tan (3x+)+1的图象的一个对称中心可以是( )
A.(-,0) B.(-,0)
C.(-,1) D.(-,1)
4.(教材母题必修5.4.2练习T5改编)函数y=cos (2x-)的单调递增区间是________________________________.
5.函数y=的定义域为________________________________.
课堂核心考点
考点1 三角函数的定义域和值域(最值)
【例1】 (1)函数y=+的定义域为_____________________.
(2)函数y=-tan2x+4tanx+1,x∈[-,]的值域为______________.
(3)函数f(x)=cos (2x+)的定义域为[0,m],值域为[-1,],则实数m的取值范围是____________.
1.解简单三角不等式的步骤:如sin x>a.
第一步,作出y=sin x的图象.
第二步,作直线y=a,在三角函数的图象上找出一个周期内(不一定是[0,2π])在直线y=a上方的图象.
第三步,确定sin x=a的x值,写出解集.
2.三角函数最值或值域的3种求法
(1)直接法:直接利用sin x和cos x的值域求解.
(2)化一法:把所给三角函数化为y=A sin (ωx+φ)+k的形式,由正弦函数的单调性写出函数的值域.
(3)换元法:把sin x,cos x,sin x cos x或sin x±cos x换成t,转化为二次函数.
变式探究
1.函数f(x)=的定义域为( )
A.(2kπ-,2kπ+)(k∈Z)
B.(2kπ-,2kπ)∪(2kπ,2kπ+](k∈Z)
C.(kπ-,kπ+)(k∈Z)
D.(kπ-,kπ)∪(kπ,kπ+)(k∈Z)
2.函数y=sin x-cos x+sin x cos x的值域为__________.
考点2 三角函数的奇偶性、周期性和对称性
【例2】 (1)若函数f(x)=4sin (ωx-)(ω>0)的最小正周期为π,则f(x)图象的对称轴可以是( )
A.x=- B.x=0
C.x= D.x=
(2)已知函数f(x)=sin (2x+φ)+cos(2x+φ)为奇函数,且存在x0∈(0,),使得f(x0)=2,则φ的一个可能值为( )
A. B.
C.- D.-
(3)(2022·新课标Ⅰ卷)记函数f(x)=sin (ωx+)+b(ω>0)的最小正周期为T.若<T<π,且y=f(x)的图象关于点(,2)中心对称,则f()=( )
A.1 B.
C. D.3
函数f(x)=A sin (ωx+φ)的奇偶性、
周期性和对称性
(1)若f(x)=A sin (ωx+φ)为偶函数,则当x=0时,f(x)取得最大或最小值;若f(x)=A sin (ωx+φ)为奇函数,则当x=0时,f(x)=0.
(2)对于函数y=A sin (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)掌握一些简单函数的周期:如①y=A sin (ωx+φ)的最小正周期为;②y=A tan (ωx+φ)的最小正周期为;③y=|sin x|的最小正周期为π;④y=|tan x|的最小正周期为π.
变式探究
3.(多选)(2024·新课标Ⅱ卷)对于函数f(x)=sin 2x和g(x)=sin (2x-),下列说法正确的有( )
A.f(x)与g(x)有相同的零点
B.f(x)与g(x)有相同的最大值
C.f(x)与g(x)有相同的最小正周期
D.f(x)与g(x)的图象有相同的对称轴
4.关于函数f(x)=4sin (2x+)(x∈R),有下列命题:
①由f(x1)=f(x2)=0可得x1-x2必是π的整数倍;
②y=f(x)的表达式可改写为y=4cos (2x-);
③y=f(x)的图象关于点(-,0)对称;
④y=f(x)的图象关于直线x=-对称.
其中正确命题的序号是__________(把你认为正确的命题序号都填上).
考点3 三角函数的单调性及综合应用
【例3】 (1)下列各式中正确的是( )
A.tan >tan
B.tan 2>tan 3
C.cos (-)>cos (-)
D.sin (-)<sin (-)
(2)(2025·河北高三统考)设函数f(x)=2sin (ωx+φ)-1(ω>0),若对于任意实数φ,f(x)在区间[,]上至少有2个零点,至多有3个零点,则ω的取值范围是( )
A.[,) B.[4,)
C.[4,) D.[,)
(3)设函数f(x)=4sin (ωx+φ),其中0<ω<1,|φ|<π,若f()=4,f()=0,则f(x)在[0,2π]上的单调减区间是( )
A.[0,π] B.[π,2π]
C.[π,π] D.[0,π]
(1)求形如y=A sin (ωx+φ)或y=A cos (ωx+φ)(其中A>0,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.但若ω<0,则应利用诱导公式将x的系数化为正数再处理.
(2)求函数的单调区间应遵循先化简的原则,并注意复合函数单调性“同增异减”的规律及导数方法的应用.
变式探究
5.(2023·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=cos ωx-1(ω>0)在区间[0,2π]有且仅有3个零点,则ω的取值范围是____________.
6.(多选)已知函数f(x)=sin (2x+φ)(-<φ<)的图象关于直线x=对称,则( )
A.由f(x1)=f(x2)=可得x1-x2是π的整数倍
B.函数f(x+)为偶函数
C.函数f(x)在[,]上为减函数
D.函数f(x)在区间(0,10π)上有20个零点
7.已知函数f(x)=sin (ωx+φ)在区间(,)上单调,其中ω为正整数,|φ|≤,若x=为y=f(x)图象的一条对称轴,且f()=f(π)=,则φ的值为________.
学科网(北京)股份有限公司
$