内容正文:
第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
第六节 函数y=Asin(ωx+φ)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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高考再现
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第三章 三角函数 三角恒等变换、解三角形
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一、函数y=Asin(ωx+φ)的图象
1.用“五点法”作函数y=Asin(ωx+φ)的图象应注意的问题.
用“五点法”作y=Asin(ωx+φ)的图象,关键是点的选取,一般令ωx+φ=0,eq \f(π,2),π,eq \f(3π,2),2π,即可得到所画图象的关键点坐标,其中横坐标成等差数列,公差为eq \f(T,4).
2.图象变换
【友情提示】 (1)在平移变换中,平移的单位长度是看x(或y)平移了多少.如果系数不为1,应先提取,再判断.
(2)伸缩变换
①沿x轴伸缩时,横坐标x伸长(0<ω<1)或缩短(ω>1)为原来的eq \f(1,ω)倍(纵坐标y不变);
②沿y轴伸缩时,纵坐标y伸长(A>1)或缩短(0<A<1)为原来的A倍(横坐标x不变).
二、确定y=Asin(ωx+φ)的解析式的步骤
1.首先确定振幅和周期,从而得到A与ω;
2.求φ,常用方法有:
(1)代入法:把图象上的一个已知点代入(此时,A、ω已知)或代入图象与x轴的交点求解.(此时要注意交点在上升区间上还是在下降区间上.)
(2)五点法:确定φ值时,往往以寻找“五点法”中的第一零点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(φ,ω),0))作为突破口,具体如下:
“第一点”(即图象上升时与x轴的交点)为ωx+φ=0;“第二点”(即图象的“峰点”)为ωx+φ=eq \f(π,2);“第三点”(即图象下降时与x轴的交点)为ωx+φ=π;“第四点”(即图象的“谷点”)为ωx+φ=eq \f(3π,2);“第五点”为ωx+φ=2π.
1.将函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))的图象向右平移eq \f(1,4)个周期后,所得图象对应的函数为( )
A.y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4)))
B.y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))
C.y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6)))
D.y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))
解析:选D 函数y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))的周期为π,将函数y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))的图象向右平移eq \f(1,4)个周期即eq \f(π,4)个单位长度,所得图象对应的函数为y=2sineq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,4)))+\f(π,6)))=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3))),故选D.
2.若函数f(x)=2sin ωx(ω>0)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,4)))上单调递增,则ω的最大值等于( )
A.eq \f(2,3)
B.eq \f(3,2)
C.2
D.3
答案:B
3.若将函数y=cos x-eq \r(3)sin x的图象向左平移m(m>0)个单位后所得图象关于y轴对称,则m的最小值为( )
A.eq \f(π,6)
B.eq \f(π,3)
C.eq \f(2π,3)
D.eq \f(5π,6)
答案:C
4.(2025·长沙模拟)如图是函数y=A sin (ωx+φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(A>0,ω>0,|φ|<\f(π,2)))的部分图象,则该函数的解析式为__________.
解析:根据函数y=A sin (ωx+φ)的部分图象,可得A=2, eq \f(3,4)T= eq \f(3,4)× eq \f(2π,ω)= eq \f(π,12)- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2π,3))),解得ω=2,再将点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12),2))代入可得2× eq \f(π,12)+φ= eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z,又|φ|< eq \f(π,2),所以φ= eq \f(π,3),
故y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))).
答案:y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))
已知函数y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))).
(1)求它的振幅、周期、初相;
(2)用“五点法”作出它在一个周期内的图象;
(3)说明y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))的图象可由y=sin x的图象经过怎样的变换而得到.
[精解详析] (1)y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))的振幅A=2,周期T=eq \f(2π,2)=π,初相φ=eq \f(π,3).
(2)令X=2x+eq \f(π,3),
则y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))=2sin X.
列表如下:
x
-eq \f(π,6)
eq \f(π,12)
eq \f(π,3)
eq \f(7π,12)
eq \f(5π,6)
X
0
eq \f(π,2)
π
eq \f(3π,2)
2π
y=sin X
0
1
0
-1
0
y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))
0
2
0
-2
0
描点画出图象,如图所示:
(3)把y=sin x的图象上所有的点向左平移eq \f(π,3)个单位长度,
得到y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,3)))的图象;
再把y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,3)))的图象上所有点的横坐标缩短到原来的eq \f(1,2)倍(纵坐标不变),得到y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))的图象;
最后把y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))上所有点的纵坐标伸长到原来的2倍(横坐标不变),即可得到y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))的图象.
[解题心得]
(1)五点法作简图:用“五点法”作y=Asin(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(3,2)π,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=Asin(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”.
如图为y=Asin(ωx+φ)的图象的一段,求其解析式.
[精解详析] 法一:以N为第一个零点,
则A=-eq \r(3),T=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,6)-\f(π,3)))=π,∴ω=2,此时解析式为
y=-eq \r(3)sin(2x+φ).
∵点Neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),0)),∴-eq \f(π,6)×2+φ=0⇒φ=eq \f(π,3),
∴所求解析式为y=-eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))).
法二:以点Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0))为第一个零点,
则A=eq \r(3),ω=eq \f(2π,T)=2,
解析式为y=eq \r(3)sin(2x+φ),
将点M坐标代入得2×eq \f(π,3)+φ=0⇒φ=-eq \f(2π,3),
∴所求解析式为y=eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(2π,3))).
[解题心得]
本题主要考查正弦函数的图象与性质,首先确定A.若以N为五点法作图中的第一个零点,由于此时曲线是先下降后上升(类似于y=-sin x的图象),所以A<0;若以M点为第一个零点,由于此时曲线先上升后下降(类似于y=sin x的图象),所以A>0.而ω=eq \f(2π,T),φ可由相位来确定.
由此题两种解法可见,在由图象求解析式时,“第一个零点”的确定是重要的,尽量使A取正值.
由图象求解析式通常采用两种方法确定系数ω、φ,
(1)如果图象明确指出了周期T的大小和初始值x0(第一个零点的横坐标),可以直接解出ω和φ,这里ω=eq \f(2π,T),φ=-ωx0.
(2)代入点的坐标,通过解最简单的三角方程,再结合图形确定ω和φ.
已知函数feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin xcos x-eq \r(3)cos2x+eq \f(\r(3),2).
(1)求函数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的最小正周期和单调区间;
(2)若关于x的方程feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))-m=0在x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上有两个不同的实数解,求实数m的取值范围.
[思路点拨] (1)利用降幂公式和辅助角公式化简函数解析式,用周期公式求周期,整体代入法求函数单调区间;
(2)由区间内函数的单调性和函数值的变化范围求解实数m的取值范围.
[精解详析] (1)feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=sin xcos x-eq \r(3)·cos2x+eq \f(\r(3),2)=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))),
则函数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的最小正周期T=eq \f(2π,2)=π;
令2kπ-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤2kπ+eq \f(π,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z)),
解得 kπ-eq \f(π,12)≤x≤kπ+eq \f(5π,12)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z)),
可得函数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z)).
令2kπ+eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤2kπ+eq \f(3π,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z)),
解得 kπ+eq \f(5π,12)≤x≤kπ+eq \f(11π,12)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z)),
可得因数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的单调递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ+\f(5π,12),kπ+\f(11π,12)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z)).
(2)由(1)可知,x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))时,y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(5π,12)))上单调递增,在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(5π,12),\f(π,2)))上单调递减,
当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(5π,12))),2x-eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),\f(π,2))),feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))由-eq \f(\r(3),2)增大到1,
当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(5π,12),\f(π,2))),2x-eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),\f(2π,3))),feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))由1减小到eq \f(\r(3),2),
若关于x的方程feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))-m=0在x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上有两个不同的实数解,则实数m的取值范围为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2),1)).
1.(多选)(2024·新课标Ⅱ卷)对于函数f(x)=sin 2x和g(x)=
sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4))),下列说法中正确的有( )
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:选BC A选项,令f(x)=sin 2x=0,解得x=eq \f(kπ,2),k∈Z,即为f(x)零点,
令g(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4)))=0,解得x=eq \f(kπ,2)+eq \f(π,8),k∈Z,即为g(x)零点,
显然f(x),g(x)零点不同,A选项错误;
B选项,显然f(x)max=g(x)max=1,B选项正确;
C选项,根据周期公式,f(x),g(x)的周期均为eq \f(2π,2)=π,C选项正确;
D选项,根据正弦函数的性质f(x)的对称轴满足2x=kπ+eq \f(π,2)⇔x=eq \f(kπ,2)+eq \f(π,4),k∈Z,
g(x)的对称轴满足2x-eq \f(π,4)=kπ+eq \f(π,2)⇔x=eq \f(kπ,2)+eq \f(3π,8),k∈Z,
显然f(x),g(x)图象的对称轴不同,D选项错误.故选:BC.
2.(2023·全国甲卷)函数y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象由y=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))的图象向左平移eq \f(π,6)个单位长度得到,则y=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))的图象与直线y=eq \f(1,2)x-eq \f(1,2)的交点个数为( )
A.1
B.2
C.3
D.4
解析:选C 因为y=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6)))向左平移eq \f(π,6)个单位所得函数为y=coseq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,6)))+\f(π,6)))=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,2)))=-sin 2x,
所以feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))=-sin 2x,
而y=eq \f(1,2)x-eq \f(1,2)显然过eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,-\f(1,2)))与eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,0))两点,
作出feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))与y=eq \f(1,2)x-eq \f(1,2)的部分大致图象如下,
考虑2x=-eq \f(3π,2),2x=eq \f(3π,2),2x=eq \f(7π,2),即
x=-eq \f(3π,4),x=eq \f(3π,4),
x=eq \f(7π,4)处feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))与y=eq \f(1,2)x-eq \f(1,2)的大小关系,
当x=-eq \f(3π,4)时,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3π,4)))=-sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3π,2)))=-1,y=eq \f(1,2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3π,4)))-eq \f(1,2)=-eq \f(3π+4,8)<-1;
当x=eq \f(3π,4)时,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)))=-sineq \f(3π,2)=1,
y=eq \f(1,2)×eq \f(3π,4)-eq \f(1,2)=eq \f(3π-4,8)<1;
当x=eq \f(7π,4)时,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7π,4)))=-sineq \f(7π,2)=1,
y=eq \f(1,2)×eq \f(7π,4)-eq \f(1,2)=eq \f(7π-4,8)>1.
所以由图可知,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x))与y=eq \f(1,2)x-eq \f(1,2)的交点个数为3.故选:C.
3.(2022·新高考Ⅰ卷)记函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,4)))+b(ω>0)的最小正周期为T,若eq \f(2π,3)≤T<π,且y=f(x)的图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2))中心对称,则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)))=( )
A.1
B.eq \f(3,2)
C.eq \f(5,2)
D.3
解析:选A ω=eq \f(2π,T)∈(2,3),y=f(x)的函数图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2))中心对称,则有b=2,
且feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)))=2,
所以sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)ω+\f(π,4)))+2=2,则eq \f(3π,2)ω+eq \f(π,4)=kπ,k∈Z,
解得ω=eq \f(4k-1,6),由ω∈(2,3),得k=4,ω=eq \f(5,2),故feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)×\f(π,2)+\f(π,4)))+2=-1+2=1.
4.(2022·全国甲卷)已知f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3)))在区间(0,π)上恰有三个极值点,两个零点,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3),\f(13,6)))
B.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3),\f(19,6)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(13,6),\f(8,3)))
D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(13,6),\f(19,6)))
解析:选C 设ωx+eq \f(π,3)=t,则t∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),πω+\f(π,3))),有两个零点可得2π<πω+eq \f(π,3)≤3π,
即eq \f(5,3)<ω≤eq \f(8,3),又因为有三个极值点,
所以eq \f(5π,2)<πω+eq \f(π,3)≤eq \f(7π,2),所以eq \f(13,6)<ω≤eq \f(19,6),
综上得eq \f(13,6)<ω≤eq \f(8,3).
5.(2022·全国乙卷)记函数f(x)=cos (ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的最小正周期为T.若f(T)=eq \f(\r(3),2),x=eq \f(π,9)为f(x)的零点,则ω的最小值为________.
解析:由f(T)=f(0)=cos φ=eq \f(\r(3),2),
且0<φ<π,得φ=eq \f(π,6),
feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,9)))=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,9)ω+\f(π,6)))=0⇒eq \f(π,9)ω+eq \f(π,6)=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z)⇒ω=3+9k(k∈Z),
又ω>0,故ω的最小值为3.
答案:3
6.(2025·全国二卷)已知函数f(x)=cos (2x+φ)(0≤φ<π),f(0)= eq \f(1,2).
(1)求φ;
(2)设函数g(x)=f(x)+f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6))),求g(x)的值域和单调区间.
解:(1)由题意f(0)=cos φ= eq \f(1,2)(0≤φ<π),所以φ= eq \f(π,3).
(2)由(1)可知f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))),
所以g(x)=f(x)+f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6)))=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3)))+cos 2x= eq \f(1,2)cos 2x- eq \f(\r(3),2)sin 2x+cos 2x= eq \f(3,2)cos 2x- eq \f(\r(3),2)sin 2x= eq \r(3)cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))),
所以函数g(x)的值域为[- eq \r(3), eq \r(3)],
令2kπ≤2x+ eq \f(π,6)≤π+2kπ,k∈Z,
解得- eq \f(π,12)+kπ≤x≤ eq \f(5π,12)+kπ,k∈Z,
令π+2kπ≤2x+ eq \f(π,6)≤2π+2kπ,k∈Z,
解得 eq \f(5π,12)+kπ≤x≤ eq \f(11π,12)+kπ,k∈Z,
所以函数g(x)的单调递减区间为
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,12)+kπ,\f(5π,12)+kπ))(k∈Z),
函数g(x)的单调递增区间为
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(5π,12)+kπ,\f(11π,12)+kπ))(k∈Z).
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