内容正文:
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
第五节 三角函数的图象和性质
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
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目录
contents
Part 01 知识要点
Part 02 双基检测
Part 05 课时作业
Part 03 典例精析
Part 04 高考再现
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
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知识要点
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[-1,1]
[-1,1]
R
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奇函数
偶函数
奇函数
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周期函数
周期
最小正周期
2kπ(k∈Z)
2π
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双基检测
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典例精析
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高考再现
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1.正弦函数、余弦函数、正切函数的图象和性质如下表:
函数
y=sin x
y=cos x
y=tan x
图象
定义域
x∈R
x∈R
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\}(\a\vs4\al\co1(x∈R且x≠\f(π,2)+kπ,k∈Z))))
[2kπ,2kπ+π]
值域
____________
____________
___
单调性
________________上递增,k∈Z;
________________上递减,k∈Z
_______________
上递增,k∈Z;
_______________
上递减,k∈Z
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2)+kπ,\f(π,2)+kπ))上递增,
k∈Z
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2)+2kπ,\f(π,2)+2kπ))
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+2kπ,\f(3π,2)+2kπ))
[-π+2kπ,2kπ]
x=π+2kπ,k∈Z
最值
x=____________,
时ymax=1;
x=______________时,ymin=-1
x=____________时,
ymax=1;
x=_________________时,
ymin=-1
无最值
奇偶性
______
______
______
eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z
-eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z
x=2kx,k∈Z
x=eq \f(π,2)+kπ,k∈Z
x=kπ,k∈Z
T=2π
T=π
对称性
对称中心
____________
对称中心
________________
对称中心
________________
对称轴l
________________
对称轴l
______________
无对称轴
周期性
T=2π
________
______
(kπ,0)(k∈Z)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+kπ,0))(k∈Z)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2),0))(k∈Z)
2.对于函数f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的每一个值时,都有f(x+T)=f(x),那么函数f(x)就叫做 ,非零常数T叫做这个函数的 ,如果在周期函数f(x)的所有周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正数就叫做f(x)的 .
正弦函数、余弦函数都是周期函数, 都是它们的周期,最小正周期都是 .
3.关于函数周期性常用的结论
(1)定义在R上的函数f(x)
①若有两条对称轴x=a,x=b,则f(x)是周期函数且2|b-a|是它的一个周期;
②若有两个对称中心(a,0),(b,0),则f(x)是周期函数且2|a-b|是它的一个周期;
③若有一个对称中心(a,0)和一条对称轴x=b,则f(x)是周期函数且4|a-b|是它的一个周期.
(2)若对于函数f(x)的定义域内任一个自变量的值都有f(x+a)=-eq \f(1,fx)或f(x+a)=-f(x)或f(x+a)=eq \f(1,fx),则f(x)是以2a为一个周期的周期函数.
(3)如果T是函数y=f(x)的周期,则kT(k∈Z且k≠0)也是y=f(x)的周期即f(x+kT)=f(x).
1.函数y=sin(x+φ)(0≤φ≤π)是R上的偶函数,则φ等于( )
A.0
B.eq \f(π,4)
C.eq \f(π,2)
D.π
答案:C
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
解析:选ABC 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.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(φ))<eq \f(π,2))的部分图象如图所示,则( )
A.ω=2,φ=eq \f(π,6)
B.ω=2,φ=-eq \f(π,6)
C.ω=1,φ=-eq \f(π,6)
D.ω=2,φ=eq \f(π,3)
解析:选A 由函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象,可得eq \f(1,2)T=eq \f(2π,3)-eq \f(π,6)=eq \f(π,2),所以T=π,
则ω=eq \f(2π,T)=2,所以f(x)=sin(2x+φ),
又由feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2×\f(π,6)+φ))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)+φ))=1,可得eq \f(π,3)+φ=eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z,
所以φ=eq \f(π,6)+2kπ,k∈Z,又因为eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(φ))<eq \f(π,2),所以φ=eq \f(π,6).故选:A.
4.函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4)))的最小正周期为________;若函数f(x)在区间(0,α)上单调递增,则α的最大值为________.
解析:f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))),故T=eq \f(2π,2)=π,当x∈(0,α)时,2x+eq \f(π,4)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4),2α+\f(π,4))),故2α+eq \f(π,4)≤eq \f(π,2),解得α≤eq \f(π,8).
答案:π eq \f(π,8)
求下列函数的定义域:
(1)y=lg(2sin x-1)+eq \r(1-2cos x);
(2)y=eq \r(2+log\f(1,2)x)+eq \r(tan x).
[思路点拨] 求定义域即求使式子有意义的自变量x的取值范围,可借助函数图象来求.
[精解详析] (1)要使原函数有意义,必须有:
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2sin x-1>0,,1-2cos x≥0,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(sin x>\f(1,2),,cos x≤\f(1,2).))
由图知,原函数的定义域为:eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,3),2kπ+\f(5π,6)))(k∈Z).
(2)要使函数有意义,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2+log\f(1,2) x≥0,,x>0,,tan x≥0,,x≠kπ+\f(π,2),k∈Z,))得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(0<x≤4,,kπ≤x<kπ+\f(π,2)k∈Z.))
∴函数定义域是eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(0<x<\f(π,2)或π≤x≤4)))).
[解题心得]
(1)求三角函数的定义域,既要注意一般函数的定义域的规律,又要注意三角函数本身的特有属性,如题中出现tan x,则一定有x≠kπ+eq \f(π,2),k∈Z.
(2)求三角函数的定义域通常使用三角函数的图象和数轴.
求下列函数的值域:
(1)y=2cos2x+2cos x;
(2)y=3cos x-eq \r(3)sin x;
(3)y=sin x+cos x+sin xcos x.
[思路点拨] 求函数值域的方法有换元法、配方法、单调函数法等,但都不可忽视函数的定义域.
[精解详析] (1)y=2cos2x+2cos x
=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(cos x+\f(1,2)))2-eq \f(1,2).
于是当且仅当cos x=1时取得ymax=4,
当且仅当cos x=-eq \f(1,2)时取得ymin=-eq \f(1,2).
故函数值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),4)).
(2)y=3cos x-eq \r(3)sin x
=2eq \r(3)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)cos x-\f(1,2)sin x))
=2eq \r(3)coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,6))).
∵eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(cos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,6)))))≤1.
∴该函数值域为[-2eq \r(3),2eq \r(3) ].
(3)y=sin xcos x+sin x+cos x=eq \f(sin x+cos x2-1,2)+eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))
=sin2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))+eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))-eq \f(1,2)=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))+\f(\r(2),2)))2-1,
所以当sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))=1时,
y取最大值1+eq \r(2)-eq \f(1,2)=eq \f(1,2)+eq \r(2).
当sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,4)))=-eq \f(\r(2),2)时,y取最小值-1,
∴该函数值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,2)+\r(2) )).
[解题心得]
(1)将原函数式化为y=Asin(ωx+φ)+B,y=Acos(ωx+φ)+B型或化为关于sin x(或cos x)的二次函数式,利用换元法进行配方可解决问题.
(2)关于y=acos2x+bcos x+c(或y=asin2x+bsin x+c,a≠0)型或可化为此型的函数求值域,一般可化为二次函数在闭区间上的值域问题,切忌忽视函数的定义域.
(3)换元法,旨在三角问题代数化,要防止破坏等价性.
已知函数f(x)=eq \f(1,2)sin 2x-eq \f(\r(3),2)cos 2x.
(1)求f(x)的最小正周期和最大值;
(2)讨论f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(2π,3)))上的单调性.
[精解详析] (1)f(x)=eq \f(1,2)sin 2x-eq \f(\r(3),2)cos 2x=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))).
因此f(x)的最小正周期为π,最大值为1.
(2)当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(2π,3)))时,0≤2x-eq \f(π,3)≤π,从而当0≤2x-eq \f(π,3)≤eq \f(π,2),即eq \f(π,6)≤x≤eq \f(5π,12)时,f(x)单调递增.当eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤π,即eq \f(5π,12)≤x≤eq \f(2π,3)时,f(x)单调递减.
[解题心得]
求函数的单调区间应遵循简单化原则.掌握求三角函数单调区间的2种方法:
代换法
就是将比较复杂的三角函数含自变量的代数式整体当作一个角u(或t),利用复合函数的单调性列不等式求解
图象法
画出三角函数的正、余弦曲线,结合图象求它的单调区间
已知函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=eq \f(1-cos2x,sin x).
(1)求feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的定义域;
(2)若feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ))=-eq \f(2\r(5),5),且θ∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2π)),求tan(π-θ)的值.
[思路点拨] (1)根据函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))有意义,得到sin x≠0,进而求得函数的定义域;
(2)由feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ))=-eq \f(2\r(5),5),得到sin θ=-eq \f(2\r(5),5),求得cos θ=eq \f(\r(5),5),得出tan θ=-2,结合诱导公式,即可求解.
[精解详析] (1)由函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=eq \f(1-cos2x,sin x)有意义,则满足sin x≠0,解得x≠kπ,
k∈Z,
即函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的定义域为{x|x∈R且x≠kπ,k∈Z}.
(2)由feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=eq \f(1-cos2x,sin x)=sin x,其中x≠kπ,k∈Z,
因为feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ))=-eq \f(2\r(5),5),sin θ=-eq \f(2\r(5),5),
又因为θ∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2π)),cos θ=eq \r(1-sin2θ)=eq \f(\r(5),5),
所以tan θ=eq \f(sin θ,cos θ)=-2,
所以taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π-θ))=-tan θ=2.
1.(2025·全国一卷)已知点(a,0)(a>0)是函数y=2tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))的图象的一个对称中心,则a的最小值为( )
A. eq \f(π,6) B. eq \f(π,3)
C. eq \f(π,2) D. eq \f(4π,3)
解析:选B 令x- eq \f(π,3)= eq \f(kπ,2),k∈Z,得x= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,3),k∈Z,故y=2tan eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))的图象的对称中心为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2)+\f(π,3),0)),k∈Z,由题意知a= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,3),k∈N,其最小值为 eq \f(π,3).故选B.
2.(2021·新高考Ⅰ卷)下列区间中,函数f(x)=7sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6)))单调递增的区间是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π,\f(3π,2)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2π))
解析:选A 当x-eq \f(π,6)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2)+2kπ,\f(π,2)+2kπ)),
k∈Z时,函数单调递增,即x∈eq \b\lc\(\rc\ (\a\vs4\al\co1(-\f(π,3)+2kπ,))
eq \b\lc\ \rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)+2kπ)),k∈Z,故选A.
3.(2024·新课标Ⅰ卷)当x∈[0,2π]时,曲线y=sin x与y=2sineq \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:选C 因为函数y=sin x的最小正周期为T=2π,
函数y=2sineq \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∈[0,2π]上函数y=2sineq \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.(2024·北京高考)设函数f(x)=sin ωx(ω>0).已知f(x1)=-1,f(x2)=1,且|x1-x2|的最小值为eq \f(π,2),则ω=( )
A.1
B.2
C.3
D.4
解析:选B 由题意可知:x1为f(x)的最小值点,x2为f(x)的最大值点,
则|x1-x2|min=eq \f(T,2)=eq \f(π,2),即T=π,
且ω>0,所以ω=eq \f(2π,T)=2.故选:B.
5.(2023·全国乙卷)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(2π,3)))单调递增,直线x=eq \f(π,6)和x=eq \f(2π,3)为函数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象的两条对称轴,则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5π,12)))=( )
A.-eq \f(\r(3),2)
B.-eq \f(1,2)
C.eq \f(1,2)
D.eq \f(\r(3),2)
解析:选D 因为f(x)=sin(ωx+φ)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(2π,3)))单调递增,
所以eq \f(T,2)=eq \f(2π,3)-eq \f(π,6)=eq \f(π,2),且ω>0,则T=π,ω=eq \f(2π,T)=2,
当x=eq \f(π,6)时,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))取得最小值,则2×eq \f(π,6)+φ=2kπ-eq \f(π,2),k∈Z,则φ=2kπ-eq \f(5π,6),k∈Z,
不妨取k=0,则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(5π,6))),
所以feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5π,12)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5π,3)))=eq \f(\r(3),2),故选:D.
6.(2023·新高考Ⅱ卷)已知函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin(ωx+φ),如图A,B是直线y=eq \f(1,2)与曲线y=f(x)的两个交点,若eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(AB))=eq \f(π,6),则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π))=______.
解析:设Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x1,\f(1,2))),Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2,\f(1,2))),
由eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(AB))=eq \f(π,6),可得x2-x1=eq \f(π,6).
由sin x=eq \f(1,2),可知x=eq \f(π,6)+2kπ或x=eq \f(5π,6)+2kπ,k∈Z.
由图可知,ωx2+φ-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx1+φ))=eq \f(5π,6)-eq \f(π,6)=eq \f(2π,3),
即ωeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x2-x1))=eq \f(2π,3),∴ω=4.
因为feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)π))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(8π,3)+φ))=0,
所以eq \f(8π,3)+φ=kπ,即φ=-eq \f(8π,3)+kπ,k∈Z.
所以f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(8π,3)+kπ))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(2π,3)+kπ)),
所以feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(2π,3)))或feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=-sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(2π,3))),又因为feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0))<0,
所以f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4x-\f(2π,3))),所以feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4π-\f(2π,3)))=-eq \f(\r(3),2).
答案:-eq \f(\r(3),2)
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