内容正文:
培优7 三角函数中ω的取值(或范围)问题
数 学
新高考专用
目 录
类型1 与单调性相关的问题
类型2 与对称相关的问题
类型3 与最值(极值)相关的问题
类型4 与零点相关的问题
例1 (2025广东毕业班第二次调研考试)已知函数f(x)=cos(ωx+φ) ω>0,- <φ<0 ,
=1, f =0❶,且f(x)在区间 上单调❷,则ω的最大值为 ( )
A. B. C. D.
B
类型1 与单调性相关的问题
思路导引 由❶得x=- 是极值点,x= 是零点,则 - = ·T,k∈N,由❷得 - ≤
,从而得出ω的最大值.
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解析 设f(x)的最小正周期为T.
由题意知, - =(2k+1)× (k∈N),
则T= ,k∈N,
因为T= ,ω>0,所以ω= ,k∈N,
又因为f(x)在区间 上单调,
所以 - ≤ ,解得0<ω≤12,则当k=3时,ω取得最大值,为 .故选B.
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例2 (2025湖南长沙雅礼中学综合测试)已知函数f(x)=sin ωx+2cos2 (ω>0)在区间
上单调递增,则ω的取值范围是 ( )
A.(0,4] B. ∪ C. ∪ D.
C
思路导引
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解析 由题意得f(x)=sin ωx+cos ωx+1= sin +1.令2kπ- ≤ωx+ ≤2kπ+ ,k∈
Z,得 ≤x≤ ,k∈Z,所以f(x)的单调递增区间为 ,k∈Z,又
因为f(x)在区间 上单调递增,
所以 ⊆ ,k∈Z,
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则 k∈Z,即 k∈Z,
由ω>0,得 解得- <k≤ ,
又因为k∈Z,所以k=0或k=1.
当k=0时,0<ω≤ ;当k=1时, ≤ω≤3.故ω∈ ∪ .故选C.
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类型2 与对称相关的问题
例 (2025湖北武汉华中师大一附中检测)已知函数f(x)=2cos2ωx-(sin ωx-cos ωx)2(ω>0)
的图象关于直线x= 轴对称,且f(x)在 上没有最小值,则ω的值为 ( )
A. B.1 C. D.2
C
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解析 f(x)=2cos2ωx-(sin2ωx-2sin ωxcos ωx+cos2ωx)=2cos2ωx+sin 2ωx-1=cos 2ωx+sin 2ωx
= sin ,
因为f(x)的图象关于直线x= 轴对称,
所以f = sin =± ,
故 + =kπ+ ,k∈Z,即ω=6k+ ,k∈Z,
当2ωx+ =- +2mπ,m∈Z,即x=- + ,m∈Z时,函数f(x)取得最小值,
当m=1时,x= 为y轴右侧第1个最小值点.
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因为f(x)在 上没有最小值,
所以 ≥ ,即ω≤ ,
故由0<6k+ ≤ ,k∈Z,解得- <k≤ ,k∈Z,故k=0,ω= .故选C.
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例 (2025浙江浙南名校联盟第一次联考)将函数g(x)=cos (ω∈N*)的图象上所
有点的横坐标变为原来的 ,纵坐标变为原来的2倍,得到函数f(x)的图象,若f(x)在
上只有一个极大值点,则ω的最大值为 ( )
A.2 B.3 C.4 D.5
B
类型3 与最值(极值)相关的问题
思路导引 根据图象变换得到f(x)=2cos ,然后由x∈ 得出2ωx+ ∈
,最后结合余弦函数的图象列不等式求解.
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解析 由题意得f(x)=2cos ,
当0<x< 时, <2ωx+ <ωπ+ ,
若f(x)在 上只有一个极大值点,
则结合余弦函数的图象可得2π<ωπ+ ≤4π,解得 <ω≤ ,
因为ω∈N*,所以ω的最大值为3.故选B.
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例 (2024山东烟台、德州诊断)若函数f(x)=sin ωx+ cos ωx-1在[0,2π]上恰有5个零点,
且在 上单调递增,则正实数ω的取值范围为_________.
类型4 与零点相关的问题
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解析 f(x)=2sin -1,
由f(x)=0,得sin = ,
则ωx+ =2kπ+ ,k∈Z或ωx+ =2kπ+ ,k∈Z,
由x∈[0,2π],得ωx+ ∈ ,
由f(x)在[0,2π]上恰有5个零点,
得 ≤2πω+ < ,解得 ≤ω< ,
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由- ≤ωx+ ≤ ,得- ≤x≤ ,
即函数f(x)在 上单调递增,
因此 ⊆ ,
即- ≤- ,且 ≥ ,
又ω>0,所以解得0<ω≤ ,
所以正实数ω的取值范围为 .
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归纳总结
求解三角函数中ω的取值(或范围)问题的步骤:
第1步,根据题目的已知条件,得到函数的某个单调区间或图象的对称轴、图象的对称
中心(零点)、函数的最值点(极值点)所满足的关系,从而建立方程(组)或不等式(组);
第2步,解方程(组)或不等式(组),得出结果.
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