内容正文:
专题27 三角函数的图象与性质
(十类重难点题型)
目录
典例解析
类型一、正、余弦函数图象的识别及应用
类型二、由正、余弦函数的值域(最值)求参数
类型三、正、余弦函数的周期性及应用
类型四、求正、余弦函数的单调区间
类型五、利用正、余弦函数的单调性求参数
类型六、比较大小问题
类型七、正、余弦函数的奇偶性及应用
类型八、正、余弦函数的对称性及应用
类型九、正、余弦函数的零点问题
类型十、正、余弦函数的图象与性质的综合应用
压轴专练
类型一、正、余弦函数图象的识别及应用
【技巧方法】
函数图象的辨识可从以下方面入手:
(1)从函数的定义域,判断图象的左右位置;从函数的值域,判断图象的上下位置.
(2)从函数的单调性,判断图象的变化趋势;
(3)从函数的奇偶性,判断图象的对称性;
(4)从函数的特征点,排除不合要求的图象.
常见正、余弦函数图像的应用:
1.两个函数图象的交点问题.
2.方程的根的问题,借助图象求解.
例1.(1)函数的图象大致是( )
A. B.
C. D.
(2)已知的部分图象如右图,则可能的解析式为( )
A. B. C. D.
(3)函数的图象与直线交点的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
变式1-1.函数的图象是( )
A. B.
C. D.
变式1-2.函数的大致图象为( )
A. B.
C. D.
变式1-3.方程的解的个数是( )
A. B. C. D.
变式1-4.函数的图象与直线,及轴所围成的图形的面积是( )
A. B. C. D.
变式1-5.函数的图象与直线有且仅有两个不同的交点,则k的取值范围是( )
A. B. C. D.
类型二、利用正、余弦函数的值域(最值)求参数
常见的正、余弦函数求值域或最值的类型有以下几种:
(1)形如的三角函数,令,根据题中的取值范围,求出的取值范围,再利用三角函数的单调性、有界性求出的最值(值域).
(2)形如的三角函数,可先设,将函数化为关于的二次函数,根据二次函数的单调性求值域(最值).
(3)对于形如(或)的函数的最值还要注意对的讨论.
性.
例2.已知函数,.
(1)当时,求函数的最小值;
(2)若的最大值为1,求实数的值;
变式2-1.若实数满足,则( )
A. B. C. D.
变式2-2.将曲线向右平移个单位长度后,得到的曲线关于原点中心对称数的最小值为( )
A. B. C. D.
变式2-3.当时,不等式成立,则的取值范围是 .
类型三、正、余弦函数的周期性及应用
【技巧方法】
求三角函数周期的方法
(1)定义法:利用周期函数的定义求解.
(2)公式法:对形如y=Asin(ωx+φ)或y=Acos(ωx+φ)(A,ω,φ是常数,A≠0,ω≠0)的函数,T=.
(3)图象法:画出函数图象,通过图象直接观察即可.
例3.下列函数,最小正周期为的是( )
A. B.
C. D.
变式3-1.下列函数中,周期为的是( )
A. B.
C. D.
变式3-2.下列函数中,最小正周期为且为偶函数的是( )
A. B.
C. D.
变式3-3.设为正数,若函数的最小正周期为,则( )
A.1 B.2 C.3 D.4
变式3-3.若,是函数两个相邻的最值点,则等于( )
A.2 B. C.1 D.
类型四、求正、余弦函数的单调区间
求正、余弦函数以及正切函数的单调区间的策略:
(1)结合正、余弦函数的图象,熟记它们的单调区间.
(2)在求形如y=Asin(ωx+φ)(其中A,ω,φ为常数,且A≠0,ω>0)的函数的单调区间时,应采用“换元法”整体代换,将“ωx+φ”看作一个整体“z”,即通过求y=Asin z的单调区间而求出原函数的单调区间.求形如y=Acos(ωx+φ)、y=Atan(ωx+φ)(其中A,ω,φ为常数,且A≠0,ω>0)的函数的单调区间时,方法亦如此.
【技巧方法】
求正弦型、余弦型函数单调区间的技巧:
求形如y=Asin(ωx+φ)、y=Acos(ωx+φ)以及y=Atan(ωx+φ)的函数的单调区间时,若ω为负数,则要先把ω化为正数.
当ω>0,A>0时,把ωx+φ整体放入y=sinx或y=cosx的单调递增区间内,求得的x的范围即函数的单调递增区间;整体放入y=sinx或y=cosx的单调递减区间内,可求得函数的单调递减区间.
当ω>0,A<0时,上述方法求出的区间是其单调性相反的区间.
最后,需将最终结果写成区间形式.
例4.函数的单调减区间是( )
A. B. C. D.
变式4-1.函数的单调递减区间为( )
A. B.
C. D.
变式4-2.下列四个函数中,以为最小正周期,且在区间上单调递减的是( )
A. B. C. D.
变式4-3.函数的单调增区间为( )
A. B.
C. D.不存在
类型五、根据正、余弦函数的单调性求参数
已知正(余)弦函数的单调性求参数范围,多用数形结合思想及转化思想求解.
例5.已知函数,其中,且恒成立,在上单调,则的取值范围是 .
变式5-1.已知函数在上单调,且,则的取值不可能为( )
A. B. C. D.
变式5-2.已知函数(其中)在区间上单调,则的取值范围为( )
A. B.
C. D.
变式5-3.已知函数在区间上单调递减,则的取值范围是_________
类型六、比较大小问题
【技巧方法】
比较两个三角函数值的大小:
(1)比较两个同名三角函数值的大小,先利用诱导公式把两个角化为同一单调区间内的角,再利用函数的单调性比较.
(2)比较两个不同名的三角函数值的大小,一般应先化为同名的三角函数,后面步骤同上.
例6.已知函数,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
变式6-1.已知,,,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
变式6-2.已知a=log0.20.05,b=0.51.002,c=4cos1,则下列判断正确的是( )
A.a<b<c B.b<c<a C.c<b<a D.b<a<c
变式6-3.已知,则下列不等式一定正确的是( )
A. B.
C. D.
类型七、正、余弦函数的奇偶性及应用
利用函数图像求解不等式的解集及参数的取值范围.先作出所涉及到的图像,求出它们的交点,根据题意结合图像写出答案.
【技巧方法】
判断函数奇偶性的方法:
(1)利用定义判断一个函数的奇偶性,要考虑两方面:①函数的定义域是否关于原点对称;②与的关系;
(2)判断函数的奇偶性常用方法是:①定义法;②图象法.
例7.将函数的图象向右平移个单位长度后,所得函数为奇函数,则的值为( )
A. B. C. D.
变式7-1.已知函数,“为奇函数”是“”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件
变式7-2.若是偶函数,则
变式7-3.设函数,若是偶函数,则的一个可能值是 .
类型八、正、余弦函数的对称性及应用
正、余弦函数的对称性:
(1)正弦曲线(余弦曲线)既是轴对称图形,也是中心对称图形;
(2)正弦曲线(余弦曲线)的对称轴一定过正弦曲线(余弦曲线)的最高点或最低点,即此时的正弦值(余弦值)取最大值或最小值;
(3)正弦曲线(余弦曲线)的对称中心一定是正弦曲线(余弦曲线)与轴的交点,即此时的正弦值(余弦值)为0.
例8.若函数的最小正周期为,则的图象的一条对称轴方程为( )
A. B. C. D.
变式8-1.若函数的图象关于直线对称,则( )
A. B. C. D.
变式8-2.函数在内恰有两个对称中心,,则 .
变式8-3.已知函数,则下列说法正确的是( )
A.函数的图象关于点对称 B.函数图象的一条对称轴是直线
C.是奇函数 D.若,则
变式8-4.已知函数满足,则的最小值为_____________
类型九、正、余弦函数的零点问题
方程的根(或函数零点)问题:
三角函数的图象是研究函数的重要工具,通过图象可较简便的解决问题,这正是数形结合思想方法的应用.
【技巧方法】
1、性质+数形结合:通过研究三角函数的性质,结合图象分析零点.
2、分离参数+数形结合:将参数分离,转化为两个函数图象的交点问题.
3、方程+数形结合:将零点问题转化为方程的根的问题,借助图象求解.
例9.已知函数,若在区间内恰好有2025个零点,则n的取值为( )
A.2025 B.1012 C.1350 D.1348
变式9-1.设函数的图象在区间上恰有三条对称轴、函数在上恰有两个零点,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
变式9-2.函数在上的零点个数为( )
A.3 B.4 C.6 D.8
变式9-3.已知函数的所有零点从小到大依次记为,则( )
A. B.
C. D.
变式9-4.函数,关于函数的零点情况说法正确的是( )
A.当取某些值时,无零点 B.当取某些值时,恰有1个零点
C.当取某些值时,恰有2个不同的零点 D.当取某些值时,恰有3个不同的零点.
类型十、正、余弦函数的图象与性质的综合应用
利用正、余弦函数的图象与性质解决:
1、熟悉三角函数的周期性、奇偶性、单调性、对称性等基本性质,这是解题的基础.
2、通过绘制或分析三角函数的图象,直观理解函数的性质和变化规律,帮助快速定位问题的关键点.
3、对于含参数的三角函数问题,通过讨论参数的取值范围,结合图象或性质,确定函数的特征.
例10.已知函数,且函数的图象与函数的图象关于直线对称.
(1)求函数的解析式;
(2)若存在,使等式成立,求实数的取值.
变式10-1.(多选)于函数的叙述正确的是( )
A. 在区间上单调递增 B. 是偶函数
C. 的最大值为2 D. 在上有4个零点
变式10-2.已知函数图象的一个对称中心是,一条对称轴是直线,且在区间上有且仅有两个零点,则_____.
变式10-3.已知函数.
(1)求函数的单调递减区间;
(2)若方程在区间上有解,求实数的取值范围.
1.以下函数中最小正周期为的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
2.函数的部分图象可能是( )
A. B.
C. D.
3.设函数.已知,,且的最小值为,则( )
A.1 B.2 C.3 D.4
4.已知函数,则的单调递增区间是( )
A. B. C., D.,
5.已知函数在区间上单调递增,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
6.(多选)下列命题正确的是( )
A.在第二象限是减函数 B.在上是增函数
C.奇函数 D.在第一、四象限内是增函数
7.(多选)已知函数,若函数图象的相邻两个对称中心之间的距离为,为函数图象的一条对称轴,则( )
A.
B.
C.点是函数图象的对称中心
D.将函数的图象向左平移个单位长度后所得函数的图象关于轴对称
8.(多选) 已知函数的图象关于对称,则( )
A.函数为奇函数 B.在区间有两个极值点
C.是曲线的对称中心 D.直线是曲线的切线
9.已知函数的图象关于点对称;则的值为__________;
10.定义在区间的函数与的图象交点个数为 .
11.已知函数,则函数的值域为 ;若关于的方程恰有三个不相等的实数根,则实数的取值范围为 .
12.已知函数在上的值域为,则的取值范围是__________-
13.已知函数.
(1)求的最小正周期以及单调递增区间;
(2)设函数在区间上单调递减,求实数的取值范围;
(3)当时,关于的方程有两个不相等的实数根,求实数的取值范围.
14.已知函数,其中.
(1)若的图象相邻两条对称轴之间的距离为,求当时的值域;
(2)若函数在开区间内恰有个零点,求的取值范围.
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专题27 三角函数的图象与性质
(十类重难点题型)
目录
典例解析
类型一、正、余弦函数图象的识别及应用
类型二、由正、余弦函数的值域(最值)求参数
类型三、正、余弦函数的周期性及应用
类型四、求正、余弦函数的单调区间
类型五、利用正、余弦函数的单调性求参数
类型六、比较大小问题
类型七、正、余弦函数的奇偶性及应用
类型八、正、余弦函数的对称性及应用
类型九、正、余弦函数的零点问题
类型十、正、余弦函数的图象与性质的综合应用
压轴专练
类型一、正、余弦函数图象的识别及应用
【技巧方法】
函数图象的辨识可从以下方面入手:
(1)从函数的定义域,判断图象的左右位置;从函数的值域,判断图象的上下位置.
(2)从函数的单调性,判断图象的变化趋势;
(3)从函数的奇偶性,判断图象的对称性;
(4)从函数的特征点,排除不合要求的图象.
常见正、余弦函数图像的应用:
1.两个函数图象的交点问题.
2.方程的根的问题,借助图象求解.
例1.(1)函数的图象大致是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】利用函数奇偶性及函数在区间上的符号排除不正确选项即得.
【解析】在定义域内,,函数为奇函数,排除A,B,
当时,,,则,排除D.
故选:C.
(2)已知的部分图象如右图,则可能的解析式为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用函数的定义域逐项判断即可。
【解析】由图可知的定义域为且,
选项A,,则的定义域是R,故A错误;
选项B,,因此的定义域是,故B错误;
选项C,,因此的定义域是,故C错误;
选项D,若,则的定义域为且,故D正确.
故选:D.
(3)函数的图象与直线交点的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】C
【分析】画出的图象,观察其与直线的交点个数即可.
【解析】的图象如图所示,
由图可知其与直线有2个交点.
故选:C.
变式1-1.函数的图象是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】分,化简,结合正弦函数图象求解即可.
【解析】当时, 当时,,
由正弦函数的图象可知,A选项符合题意,
故选:A.
变式1-2.函数的大致图象为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】结合图象特点,分别计算和的值,进而得到答案.
【解析】当时,,所以,排除C,D;
当时,,所以,A正确,B错误,
故选:A.
变式1-3.方程的解的个数是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】作出函数y=sinx和y=lgx的图象,利用数形结合进行判断即可.
【解析】作出函数y=sinx和y=lgx的图象,
由图象可知两个函数有3个交点,
即方程sinx=1gx的解有3个.
故选C
变式1-4.函数的图象与直线,及轴所围成的图形的面积是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】作出函数的图象,如图所示,
利用割补法,将到部分的图象与轴围成的图形补到图中到处阴影部分,凑成一个长为,宽为的长方形,后面到,同理;∴的图象与直线,及轴所围成的面积为,
故选:C.
变式1-5.函数的图象与直线有且仅有两个不同的交点,则k的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】先分类讨论去绝对值号,得出函数的解析式,然后画出函数与的图象进行判断.
【解析】,
如图所示,
要使的图象与直线有且仅有两个不同的交点,则只需.
故选:C.
类型二、利用正、余弦函数的值域(最值)求参数
常见的正、余弦函数求值域或最值的类型有以下几种:
(1)形如的三角函数,令,根据题中的取值范围,求出的取值范围,再利用三角函数的单调性、有界性求出的最值(值域).
(2)形如的三角函数,可先设,将函数化为关于的二次函数,根据二次函数的单调性求值域(最值).
(3)对于形如(或)的函数的最值还要注意对的讨论.
性.
例2.已知函数,.
(1)当时,求函数的最小值;
(2)若的最大值为1,求实数的值;
【答案】(1);(2)或5;
【分析】(1)利用平方关系化为关于二次函数研究值域求解即可;(2)化为动轴定区间问题求解即可。
【解析】(1)当时,,
因为,
所以当时,函数有最小值,最小值为
(2)因为,
当,即时,
则当时,函数的最大值为,
解得(舍去),或;
当即时,则当时,函数有最大值,即,解得;
当时,即时,则当时,函数有最大值,
即,解得(舍去).
综上,或5.
变式2-1.若实数满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据正余弦函数的值域求解即可.
【解析】由三角函数的值域可知,,所以,所以,
当且仅当时取等号,此时,
所以,,
所以.
故选:C.
变式2-2.将曲线向右平移个单位长度后,得到的曲线关于原点中心对称数的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】将曲线向右平移个单位长度后得到的曲线为:.
因为该曲线关于原点对称,所以,
解得.因为,
当时,取最小值为.
故选:B.
变式2-3.当时,不等式成立,则的取值范围是 .
【答案】
【解析】因为,所以.
由题意得成立,
即,即.
令
因为关于的函数在上单调递减,
所以的最小值为12,所以,
解得,即的取值范围是.
故答案为:.
类型三、正、余弦函数的周期性及应用
【技巧方法】
求三角函数周期的方法
(1)定义法:利用周期函数的定义求解.
(2)公式法:对形如y=Asin(ωx+φ)或y=Acos(ωx+φ)(A,ω,φ是常数,A≠0,ω≠0)的函数,T=.
(3)图象法:画出函数图象,通过图象直接观察即可.
例3.下列函数,最小正周期为的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】对于A、B直接由正弦函数的周期公式求出即可判断;对于C、D求出不带绝对值的函数的周期,再减半,即可判断.
【解析】函数的最小正周期为,故A不符合;
函数,其最小正周期为,故B不符合;
因为函数的最小正周期为,所以函数的最小正周期为,故C符合;
因为函数的最小正周期为,所以函数的最小正周期为,故D不符合.
故选:C.
变式3-1.下列函数中,周期为的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】由正余弦型的三角函数的周期公式求解.
【解析】由正余弦型的三角函数的周期公式求解,要注意C项是绝对值函数的周期特点.
四个选项中的函数周期分别为,,,,
故选:D.
变式3-2.下列函数中,最小正周期为且为偶函数的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】由奇偶函数的定义以及正余弦型的三角函数的周期公式求解.
【解析】对于A,易知满足,为偶函数,
画出函数图象如下图所示:
最小正周期为,满足题意,即A正确;
对于B,易知为奇函数,因此B错误;
对于C,易知为奇函数,可知C错误;
对于D,易知满足为偶函数,
其图象如下图所示:
显然其最小正周期为,不合题意,即D错误.
故选:A
变式3-3.设为正数,若函数的最小正周期为,则( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【分析】利用正弦型三角函数,代入计算即可.
【解析】由,且为正数,可得,解得.
故选:C.
变式3-3.若,是函数两个相邻的最值点,则等于( )
A.2 B. C.1 D.
【答案】A
【分析】利用正弦型三角函数,代入计算即可.
【解析】由,是函数两个相邻的最值点,
,所以,即.
故选:A.
类型四、求正、余弦函数的单调区间
求正、余弦函数以及正切函数的单调区间的策略:
(1)结合正、余弦函数的图象,熟记它们的单调区间.
(2)在求形如y=Asin(ωx+φ)(其中A,ω,φ为常数,且A≠0,ω>0)的函数的单调区间时,应采用“换元法”整体代换,将“ωx+φ”看作一个整体“z”,即通过求y=Asin z的单调区间而求出原函数的单调区间.求形如y=Acos(ωx+φ)、y=Atan(ωx+φ)(其中A,ω,φ为常数,且A≠0,ω>0)的函数的单调区间时,方法亦如此.
【技巧方法】
求正弦型、余弦型函数单调区间的技巧:
求形如y=Asin(ωx+φ)、y=Acos(ωx+φ)以及y=Atan(ωx+φ)的函数的单调区间时,若ω为负数,则要先把ω化为正数.
当ω>0,A>0时,把ωx+φ整体放入y=sinx或y=cosx的单调递增区间内,求得的x的范围即函数的单调递增区间;整体放入y=sinx或y=cosx的单调递减区间内,可求得函数的单调递减区间.
当ω>0,A<0时,上述方法求出的区间是其单调性相反的区间.
最后,需将最终结果写成区间形式.
例4.函数的单调减区间是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用整体法求解正弦型函数的单调性,即可求解.
【解析】令,所以,
当,由于,故D正确,ABC均错误,
故选:D.
变式4-1.函数的单调递减区间为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】利用整体代换代入减区间,求解不等式可得答案.
【解析】令,解得,
所以的单调递减区间为.
故选:B.
变式4-2.下列四个函数中,以为最小正周期,且在区间上单调递减的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据三角函数的性质及函数图象的变换一一判断即可.
【解析】对A:的图象是由的图象将轴下方的图象关于轴对称上去,
轴及轴上方部分不变所得,其函数图象如下所示:
则的最小正周期为,且在上单调递减,故A正确;
对B:的最小正周期为,当时,,所以单调递增,故B错误;
对C:的最小正周期为,故C错误;
对D:的最小正周期为,故D错误.
故选:A.
变式4-3.函数的单调增区间为( )
A. B.
C. D.不存在
【答案】C
【分析】(1)利用平方关系化为关于二次函数研究单调区间求解即可。
【解析】即,
由此可知与同增同减即可得函数的单调增区间,
则增区间满足或,,
即或,,
解得或,
所以函数的单调增区间为:.
故选:C.
类型五、根据正、余弦函数的单调性求参数
已知正(余)弦函数的单调性求参数范围,多用数形结合思想及转化思想求解.
例5.已知函数,其中,且恒成立,在上单调,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据正弦函数的单调性,利用整体代换的方法求解即可.
【解析】由题意知,,则,即,解得.
由,,得,
即,
若函数在上单调递增,则,
即,,解得,则不等式组无解;
若函数在上单调递减,则,
即,,解得,则,
所以实数的取值范围为.
故答案为:
变式5-1.已知函数在上单调,且,则的取值不可能为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据正弦函数的单调性,利用整体代换的方法求解即可.
【解析】由在上单调,,故,
而,则,
又,如下图依次讨论对应为点四种情况,
若,则,满足;
若,则,满足;
由,若,则,满足;
若,则,不满足,其它情况均不符合;
综上,B不可能,A、C、D可能.
故选:B
变式5-2.已知函数(其中)在区间上单调,则的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】由题意可得,,结合解出即可得.
【解析】由题意可得,,
解得且,,
又,则,,则,
故且,故.
故选:A.
变式5-3.已知函数在区间上单调递减,则的取值范围是_________
【答案】
【分析】根据余弦函数的单调递减区间,利用整体代换的方法求解即可.
【解析】因为,,所以,
又因为函数在区间上单调递减,
所以,,即,
故当时,.
故答案为:
类型六、比较大小问题
【技巧方法】
比较两个三角函数值的大小:
(1)比较两个同名三角函数值的大小,先利用诱导公式把两个角化为同一单调区间内的角,再利用函数的单调性比较.
(2)比较两个不同名的三角函数值的大小,一般应先化为同名的三角函数,后面步骤同上.
例6.已知函数,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用函数的单调性进行比较大小即可.
【解析】由,,故为奇函数,
则,,
函数在上单调递减,故在上单调递增,
则,即.
故选:A.
变式6-1.已知,,,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】分别利用函数、和的单调性,对“,,”三个因式进行估值即可.
【解析】因为函数是增函数,且,则,
因为函数是增函数,且,则,
因为正弦函数在区间上是减函数,且,
所以,
所以,
故选:D.
变式6-2.已知a=log0.20.05,b=0.51.002,c=4cos1,则下列判断正确的是( )
A.a<b<c B.b<c<a C.c<b<a D.b<a<c
【答案】D
【分析】根据对数函数、指数函数和余弦函数的单调性即可得出a,b,c的大小关系.
【解析】由0.51.002<0.50=,
∴b<a<c.
故选:D.
变式6-3.已知,则下列不等式一定正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据对数函数、指数函数和正余弦函数的单调性即可得出a,b,c的大小关系.
【解析】对于A:函数为R上的增函数,且当时,,
因为,所以,且,故B正确;
对于B:因为,所以,
当时,函数为上的增函数,所以,
当时,函数为上的减函数,所以,故B错误;
对于C:在上单调递增,又,
所以,所以,故C错误;
对于D:,
在上单调递减,时,
,即,故D错误.
故选:A.
类型七、正、余弦函数的奇偶性及应用
利用函数图像求解不等式的解集及参数的取值范围.先作出所涉及到的图像,求出它们的交点,根据题意结合图像写出答案.
【技巧方法】
判断函数奇偶性的方法:
(1)利用定义判断一个函数的奇偶性,要考虑两方面:①函数的定义域是否关于原点对称;②与的关系;
(2)判断函数的奇偶性常用方法是:①定义法;②图象法.
例7.将函数的图象向右平移个单位长度后,所得函数为奇函数,则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由题意利用余弦函数的图象变换规律,以及奇偶性,的取值范围,进而即可求得的值.
【解析】由将函数的图象向右平移个单位长度后,
所得函数为为奇函数,
则,得,
又,则,,
故选:B.
变式7-1.已知函数,“为奇函数”是“”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】B
【分析】由题意利用余弦函数的图象变换规律,以及奇偶性,进而即可判断.
【解析】若为奇函数,则,充分性不成立,
若,则为奇函数,必要性成立,
所以“为奇函数”是“”的必要不充分条件.
故选:B
变式7-2.若是偶函数,则
【答案】0或2
【分析】由题意利用对数型函数、正弦函数的图象变换规律,以及奇偶性,的取值范围进而即可判断.
【解析】因为是偶函数,所以它的定义域关于原点对称,
所以不等式的解集关于原点对称,
所以不等式的解集关于原点对称,
所以方程的根互为相反数,
所以,此时定义域为,
设,则函数的定义域为,定义域关于原点对称,
又,所以,
所以,所以函数为奇函数,又是偶函数,
所以恒成立,
所以是奇函数,于是,
此时,于是或.
故答案为:0或2
变式7-3.设函数,若是偶函数,则的一个可能值是 .
【答案】(答案不唯一)
【分析】由题意利用正弦函数的图象变换规律,以及奇偶性,的取值范围进而即可判断.
【解析】∵,∴,
∵是偶函数,∴,,即,,
则的一个可能值是.
故答案为:(答案不唯一).
类型八、正、余弦函数的对称性及应用
正、余弦函数的对称性:
(1)正弦曲线(余弦曲线)既是轴对称图形,也是中心对称图形;
(2)正弦曲线(余弦曲线)的对称轴一定过正弦曲线(余弦曲线)的最高点或最低点,即此时的正弦值(余弦值)取最大值或最小值;
(3)正弦曲线(余弦曲线)的对称中心一定是正弦曲线(余弦曲线)与轴的交点,即此时的正弦值(余弦值)为0.
例8.若函数的最小正周期为,则的图象的一条对称轴方程为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据三角函数的周期性求得,进而求得的对称轴.
【解析】依题意,由,
得,所以的图象的一条对称轴为,
D选项正确,ABC选项错误.
故选:D
变式8-1.若函数的图象关于直线对称,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】
由余弦函数的对称性直接求解.
【解析】
因为的图象关于直线对称,
所以,得,
因为,所以.
故选:C.
变式8-2.函数在内恰有两个对称中心,,则 .
【答案】2或
【解析】令,
若,由,则,
因为函数在内恰有两个对称中心,
所以,
又,
所以,
所以.
若,则,
由函数在内恰有两个对称中心,
所以,又,
.
综上,或.
故答案为:或.
变式8-3.已知函数,则下列说法正确的是( )
A.函数的图象关于点对称 B.函数图象的一条对称轴是直线
C.是奇函数 D.若,则
【答案】B
【分析】将选项A,B,C中的条件分别代入函数的解析式中,计算判断对应结论;取特值计算判断D作答.
【解析】对于A,因,则函数的图象关于点不对称,A不正确;
对于B,因,而,则数图象的一条对称轴是直线,B正确;
对于C,,
令,,,所以不是奇函数,C不正确;
对于D,取,显然有,而,,此时,D不正确.
故选:B.
变式8-4.已知函数满足,则的最小值为_____________
【答案】
【分析】根据题意可知为的对称中心,结合余弦函数对称性分析求解.
【解析】因为,可知为的对称中心,
则,可得,
解得,
且,可知:当时,取到最小值.
故答案为:
类型九、正、余弦函数的零点问题
方程的根(或函数零点)问题:
三角函数的图象是研究函数的重要工具,通过图象可较简便的解决问题,这正是数形结合思想方法的应用.
【技巧方法】
1、性质+数形结合:通过研究三角函数的性质,结合图象分析零点.
2、分离参数+数形结合:将参数分离,转化为两个函数图象的交点问题.
3、方程+数形结合:将零点问题转化为方程的根的问题,借助图象求解.
例9.已知函数,若在区间内恰好有2025个零点,则n的取值为( )
A.2025 B.1012 C.1350 D.1348
【答案】C
【解析】依题意,,
令,则,由,得,
显然,即方程有两个不等的实数根,,
即,,此时在上恰有3个实根,
而,因此,则.
故选:C.
变式9-1.设函数的图象在区间上恰有三条对称轴、函数在上恰有两个零点,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据对称轴满足的条件,结合在区间上恰有三条对称轴,可得,结合区间上恰有两个零点,知,从而可得的取值范围.
【解析】由,得.
根据函数的图象在区间上恰有三条对称轴,知,得.
根据函数在区间上恰有两个零点,知,得.
综上,的取值范围为.
故选:C
变式9-2.函数在上的零点个数为( )
A.3 B.4 C.6 D.8
【答案】C
【解析】令函数,根据“勾函数”的性质可知:函数在上单调递减,在上单调递增,
且,.
所以当时,,
由,.
只有当时,的值分别对应.
又因为在上各有2个解,
所以在上有6个零点.
故选:C
变式9-3.已知函数的所有零点从小到大依次记为,则( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】令,
因为,
且函数的图象都关于对称,
在同一直角坐标系,画出两个函数图象如下图所示:
由图可知共有20个交点,故,则A,B错误;
又,
故,则C正确,D错误,
故选:C
变式9-4.函数,关于函数的零点情况说法正确的是( )
A.当取某些值时,无零点 B.当取某些值时,恰有1个零点
C.当取某些值时,恰有2个不同的零点 D.当取某些值时,恰有3个不同的零点.
【答案】D
【解析】画出函数的图象,如图所示,
因为,令,即,
则函数的零点,即为与的交点的横坐标,
对于A,当时,在上与无公共点,所以A正确;
对于B,当时,在上与只有1个公共点,所以B正确;
对于C,当时,在上与有2个公共点,所以C正确;
对于D,由图象可得,函数与不相邻的两个交点的横坐标间的距离为最小正周期的整数倍,
即,
因为,可得,
所以不存在t的值,使得有3个零点,所以D不正确.
故选:D.
类型十、正、余弦函数的图象与性质的综合应用
利用正、余弦函数的图象与性质解决:
1、熟悉三角函数的周期性、奇偶性、单调性、对称性等基本性质,这是解题的基础.
2、通过绘制或分析三角函数的图象,直观理解函数的性质和变化规律,帮助快速定位问题的关键点.
3、对于含参数的三角函数问题,通过讨论参数的取值范围,结合图象或性质,确定函数的特征.
例10.已知函数,且函数的图象与函数的图象关于直线对称.
(1)求函数的解析式;
(2)若存在,使等式成立,求实数的取值.
【答案】(1);(2)
【分析】(1)利用三角函数的图像与性质求解即可;(2)通过换元化归为存在,使得成立即可求解。
【解析】(1)设为函数图象上任意一点,
则M关于的对称点为,
由题知点在函数的图象上,
故,即
(2)当时,则,
令,则存在,使等式成立,
等价于:存在,使得成立,
由对勾函数性质可知,在区间上单调递减,在区间单调递增,
故当或时,有最大值3,当时,有最小值,
所以的取值范围为.
变式10-1.(多选)于函数的叙述正确的是( )
A. 在区间上单调递增 B. 是偶函数
C. 的最大值为2 D. 在上有4个零点
【答案】BC
【分析】对于A,化简函数解析式即可判断;对于B,偶函数定义即可判断;对于C,由,当时两等号可同时成立即可判断;对于D,由函数在上的零点结合偶函数性质即可得函数在上的零点.
【解析】对于A,当时,,
所以区间上单调递减,故A错误;
对于B,函数定义域为R关于原点对称,且,
所以是偶函数,故B正确;
对于C,,当时两等号同时成立,所以的最大值为2,故C正确;
对于D,当时,,
令得或,又是偶函数,
所以当时,的解为或,
所以函数在上有3个零点,故D错误.
故选:BC.
变式10-2.已知函数图象的一个对称中心是,一条对称轴是直线,且在区间上有且仅有两个零点,则_____.
【答案】18
【分析】根据给定条件,结合正弦函数的对称性列式求出及的表达式,再利用零点个数求出范围,求出值并验证得解.
【解析】依题意,,解得,
,而,则,
,由,得,
由在区间上有且仅有两个零点,得,解得,
于是,或,当时,,,不符合要求,
当时,,,符合题意,
所以.
故答案为:18
变式10-3.已知函数.
(1)求函数的单调递减区间;
(2)若方程在区间上有解,求实数的取值范围.
【答案】(1);(2).
【分析】(1)利用三角函数的图像与性质求解即可;(2)分参研究函数值域即可求解。
【解析】(1)令,则,
的单调递减区间为;
(2),
,
在上单调递增,
,
方程在区间上有解,的取值范围为.
1.以下函数中最小正周期为的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【分析】对于A,直接画出函数图象验证即可;对于BCD,举出反例推翻即可.
【解析】画出函数的图象如图所示:
由图可知函数的最小正周期为,满足题意;
对于而言,,即函数的最小正周期不是,不满足题意;
对于而言,,即函数的最小正周期不是,不满足题意;
对于而言,,即函数的最小正周期不是,不满足题意;
综上所述,满足题意的函数的个数有1个.
故选:A.
2.函数的部分图象可能是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】利用函数奇偶性及函数在区间上的符号排除不正确选项即得.
【解析】函数的定义域为R,
由,可得函数是R上的奇函数,
图象关于原点对称, AC错误;
当时,,且当或时取等号,则B不满足,D满足.
故选:D.
3.设函数.已知,,且的最小值为,则( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【解析】由题意可知:为的最小值点,为的最大值点,
则,即,且,所以
.故选:B.
4.已知函数,则的单调递增区间是( )
A. B. C., D.,
【答案】D
【分析】利用余弦函数的性质求解即可.
【解析】,可化为,
故单调增区间满足:,,
解得,.
令,,令,,
,
所以的单调递增区间是,.
故选:D
5.已知函数在区间上单调递增,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据正弦函数的单调性结合已知函数的单调区间列出不等式组,解之即可.
【解析】因为,所以,
因为函数在区间上单调递增,
且,
所以,解得,
所以的取值范围是.
故选:A.
6.(多选)下列命题正确的是( )
A.在第二象限是减函数 B.在上是增函数
C.奇函数 D.在第一、四象限内是增函数
【答案】BC
【解析】对于A,在每一个区间上都是减函数,
在第二象限是减函数,故A错误;
对于B,在上是增函数,故B正确;
对于C,,
所以的定义域为,关于原点对称,
,
所以是奇函数,故C正确;
对于D,在的每一个区间上是增函数,
不能说在第一、四象限内是增函数,故D错误.
故选:BC.
7.(多选)已知函数,若函数图象的相邻两个对称中心之间的距离为,为函数图象的一条对称轴,则( )
A.
B.
C.点是函数图象的对称中心
D.将函数的图象向左平移个单位长度后所得函数的图象关于轴对称
【答案】ABD
【解析】因为函数图象的相邻两个对称中心之间的距离为,所以,,
因为直线为函数图象的一条对称轴,
所以,,则,,
因为,所以,故AB正确;
所以,因为,故C错误;
将函数的图象向左平移个单位长度后所得函数为
,图象关于轴对称,故D正确.
故选:ABD.
8.(多选) 已知函数的图象关于对称,则( )
A.函数为奇函数 B.在区间有两个极值点
C.是曲线的对称中心 D.直线是曲线的切线
【答案】ACD
【解析】因为函数的图象关于对称,
所以,则,即,
因为,所以,则,
对A,由得,定义域为R,且,
所以函数为奇函数,正确;
对B,当时,,
由正弦函数图象知只有1个极值点,由,解得,
即为函数的唯一极值点,错误;
对C,当时,,,
所以是曲线的对称中心,正确;
对D,由,得,
解得或,
从而得或,
所以函数在点处的切线斜率为,
此时切线方程为,即,
即直线是曲线的切线,正确.
故选:ACD
9.已知函数的图象关于点对称;则的值为__________;
【答案】
【分析】由题意,,又,从而即可求解;
【解析】因为函数的图象关于点对称,
所以,
又,所以;
故答案为:
10.定义在区间的函数与的图象交点个数为 .
【答案】4
【解析】在平面直角坐标系中,函数与的图象如图所示,
根据图象,可得函数与的图象交点个数为4.
故答案为:4.
11.已知函数,则函数的值域为 ;若关于的方程恰有三个不相等的实数根,则实数的取值范围为 .
【答案】 ; .
【解析】当时,;
当时,;
当时,.
综上,函数的值域为.
作出函数的图象如图:
因为关于的方程恰有三个不相等的实数根,
所以直线与函数的图象有三个交点,
由图可知,,即实数的取值范围为.
故答案为:;.
12.已知函数在上的值域为,则的取值范围是__________-
【答案】
【分析】利用余弦函数的图象性质求解即可.
【解析】当时,,结合余弦函数的性质知,若则该函数值域会出现大于的情况,则.
时,由值域为,,
所以,
所以
故答案为:
13.已知函数.
(1)求的最小正周期以及单调递增区间;
(2)设函数在区间上单调递减,求实数的取值范围;
(3)当时,关于的方程有两个不相等的实数根,求实数的取值范围.
【答案】(1),;(2); (3).
【分析】(1)运用正弦函数周期公式求出最小正周期,用整体代入法求单调区间;
(2)由 时,得,结合函数单调性列出m的不等式即可求出;
(3)方程有两个不相等的实数根,转化为函数与函数的图象有两个交点,结合图象求解即可.
【解析】(1),所以函数的最小正周期为.
令,解得,
所以函数的单调递增区间为.
(2)当时,,
因为在区间上单调递减,所以,解得.
所以实数的取值范围是.
(3)令,∵,∴,
因为方程有两个不相等的实数根,
所以函数与函数的图象有两个交点.
结合图象得,,解得,.
所以实数的取值范围是.
14.已知函数,其中.
(1)若的图象相邻两条对称轴之间的距离为,求当时的值域;
(2)若函数在开区间内恰有个零点,求的取值范围.
【答案】(1);(2)
【分析】(1)根据题意得出函数的最小正周期,可求出的值,然后利用余弦型函数的基本性质可求出函数在上的值域;
(2)由可求出的取值范围,结合余弦函数的基本性质可得出关于的不等式组,即可解得实数的取值范围.
【解析】(1)因为函数的图象相邻两条对称轴之间的距离为,则函数的最小正周期为,
因为,则,所以,,
当时,,则,
则,
因此,当时的值域为.
(2)当时,,
因为函数在开区间内恰有个零点,则,解得.
因此,实数的取值范围是.
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