内容正文:
第七章 三角函数
7.3 三角函数的性质与图象
7.3.2 正弦型函数的性质与图象
第2课时 正弦型函数的性质及应用
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第七章 三角函数
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课前案·自主学习
01
02
CONTENTS
03
课堂案·互动探究
课后案·学业评价
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课前案·自主学习
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导学 函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0)的性质
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R
[-A,A]
kπ(k∈Z)
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课堂案·互动探究
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课后案·学业评价
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第七章 三角函数
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学业标准
学科素养
1.能根据y=A sin (ωx+φ)的部分图象确定其解析式.(重点)
2.掌握函数y=A sin (ωx+φ)的性质并能应用.(重点、难点)
1.在求正弦型函数解析式的过程中,培养直观想象等核心素养.
2.通过正弦型函数性质的应用,提升数学运算等核心素养.
探究函数y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6)))的定义域,值域,单调递增区间.
[提示] 定义域为R,值域为[-1,1].
由- eq \f(π,2)+2kπ≤x- eq \f(π,6)≤ eq \f(π,2)+2kπ,
解得- eq \f(π,3)+2kπ≤x≤ eq \f(2π,3)+2kπ,k∈Z.
即函数的增区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,3)+2kπ,\f(2π,3)+2kπ))(k∈Z).
探究函数y= eq \f(1,4)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的周期,对称轴.
[提示] 周期T= eq \f(2π,2)=π,
由2x- eq \f(π,3)=kπ+ eq \f(π,2),解得x= eq \f(5π,12)+ eq \f(kπ,2),k∈Z.
故函数的对称轴为x= eq \f(5π,12)+ eq \f(kπ,2),k∈Z.
◎结论形成
1.函数y=A sin (ωx+φ),A>0,ω>0中各参数的物理意义
2.函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω≠0)的性质
定义域
___
值域
_______________
周期性
________
奇偶性
φ=_____________时是奇函数;φ=__________________时是偶函数;当φ≠ eq \f(kπ,2)(k∈Z)时是非奇非偶函数
T= eq \f(2π,|ω|)
eq \f(π,2)+kπ(k∈Z)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,ω)-\f(\a\vs4\al(φ),ω),0))(k∈Z)
单调性
单调增区间可由________________________________________得到,
单调减区间可由________________________________________得到(ω>0)
对称性
对称轴方程为x=_______________________,
对称中心为___________________
2kπ- eq \f(π,2)≤ωx+φ≤2kπ+ eq \f(π,2),k∈Z
2kπ+ eq \f(π,2)≤ωx+φ≤2kπ+ eq \f(3π,2),k∈Z
eq \f(kπ,ω)+ eq \f(π,2ω)- eq \f(\a\vs4\al(φ),ω),k∈Z
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)正弦函数在定义域内是偶函数.( )
(2)正弦函数在定义域内都是单调函数.( )
(3)存在x∈R满足sin x= eq \r(2).( )
(4)在区间[0,2π]上,函数y=sin x仅当x= eq \f(π,2)时取得最大值1.( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.函数y= eq \f(1,3)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)x+\f(π,6)))的周期、振幅、初相分别是( )
A.3π, eq \f(1,3), eq \f(π,6)
B.6π, eq \f(1,3), eq \f(π,6)
C.3π,3,- eq \f(π,6)
D.6π,3, eq \f(π,6)
解析 周期T= eq \f(2π,\f(1,3))=6π,
振幅 eq \f(1,3),初相为 eq \f(π,6),故选B.
答案 B
3.函数f(x)= eq \f(1,2)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,3)))的图象的一条对称轴是( )
A.x=- eq \f(π,2)
B.x= eq \f(π,2)
C.x=- eq \f(π,6)
D.x= eq \f(π,6)
解析 代入验证:当x=- eq \f(π,6)时,y= eq \f(1,2)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6)-\f(π,3)))=- eq \f(1,2)为最小值,故选C.
答案 C
4.简谐运动y= eq \f(1,4)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)πx-\f(π,12)))的频率f=__________.
解析 周期T= eq \f(2π,\f(1,3)π)=6,则频率f= eq \f(1,T)= eq \f(1,6).
答案 eq \f(1,6)
题型一 正弦型函数的周期性、奇偶性 eq \a\vs4\al(一题多变)
(1)下列函数中是奇函数,且最小正周期是π的函数是( )
A.y=sin |2x|
B.y=|sin x|
C.y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+x))
D.y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-2x))
(2)定义在R上的函数f(x)既是偶函数,又是周期函数,若f(x)的最小正周期为π,且当x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))时,f(x)=sin x,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,3)))等于( )
A.- eq \f(1,2)
B. eq \f(1,2)
C.- eq \f(\r(3),2)
D. eq \f(\r(3),2)
[解析] (1)y=sin |2x|是偶函数,y=|sin x|是偶函数,y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+x))=-sin x是奇函数且周期为2π,y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2)-2x))=-sin 2x是奇函数,根据公式得其最小正周期T=π.故选D.
(2)f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,3)-π))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-π))
=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))=sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2).
[答案] (1)D (2)D
[母题变式]
1.(变条件)若将例1(2)题中的“偶函数”改为“奇函数”,其他条件不变,结果如何?
解析 f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,3)-π))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-π))
=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3)))=-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))=-sin eq \f(π,3)=- eq \f(\r(3),2).
2.(变结论)若例1(2)题条件不变,求f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2026π,3)))+f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2027π,3)))的值.
解析 f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2026π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(675π+\f(π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))
=sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2),
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2027π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(675π+\f(2π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)))
=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))=sin eq \f(π,3)= eq \f(\r(3),2),
所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2026π,3)))+f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2027π,3)))= eq \f(\r(3),2)+ eq \f(\r(3),2)= eq \r(3).
[素养聚焦] 在综合利用三角函数的周期性和奇偶性计算函数值的过程中,体现了数学运算核心素养.
求函数最小正周期的常用方法
求三角函数的周期,一般有两种方法:①公式法,即将函数化为y=A sin (ωx+φ)+b的形式,再利用T= eq \f(2π,|ω|)求得;②图象法,利用变换的方法或作出函数的图象,通过观察得到最小正周期.
[触类旁通]
1.(1)(2025·吉林白城期末)y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)x+\f(π,3)))的最小正周期为( )
A.π
B.2π
C.3π
D.4π
(2)(多选题)下列函数中最小正周期为π,且为偶函数的是( )
A.y=|cos x|
B.y=sin 2x
C.y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,2)))
D.y=cos eq \f(1,2)x
解析 (1)函数的最小正周期 T= eq \f(2π,\f(1,2))=4π,故选D.
(2)对于A,定义域为R,因为f(-x)=|cos (-x)|=|cos x|=f(x),所以函数为偶函数,因为y=|cos x|的图象是由y=cos x的图象在x轴下方的关于x轴对称后与x轴上方的图象共同组成,所以y=|cos x|的最小正周期为π,所以A正确,
对于B,定义域为R,因为f(-x)=sin (-2x)=-sin 2x=-f(x),所以函数为奇函数,所以B错误,
对于C,定义域为R,f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,2)))=cos 2x,最小正周期为π,因为f(-x)=cos (-2x)=cos 2x=f(x),所以函数为偶函数,所以C正确,
对于D,定义域为R,最小正周期为 eq \f(2π,\f(1,2))=4π,所以D错误,故选AC.
答案 (1)D (2)AC
题型二 正弦型函数图象的对称性
(1)若将函数y=2sin 2x的图象向左平移 eq \f(π,12)个单位长度,则平移后图象的对称轴为( )
A.x= eq \f(kπ,2)- eq \f(π,6)(k∈Z)
B.x= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,6)(k∈Z)
C.x= eq \f(kπ,2)- eq \f(π,12)(k∈Z)
D.x= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,12)(k∈Z)
(2)(2022·新高考Ⅰ卷)记函数f(x)=sin eq \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f eq \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] (1)函数y=2sin 2x的图象向左平移 eq \f(π,12)个单位长度,得到的图象对应的函数表达式为y=2sin eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,12)))))=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))),令2x+ eq \f(π,6)=kπ+ eq \f(π,2)(k∈Z),解得x= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,6)(k∈Z),所以所求图象的对称轴为x= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,6)(k∈Z).
(2)由函数的最小正周期T满足 eq \f(2π,3)<T<π,得 eq \f(2π,3)< eq \f(2π,ω)<π,解得2<ω<3,又因为函数图象关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,2),2))对称,所以 eq \f(3π,2)ω+ eq \f(π,4)=kπ,k∈Z,且b=2,所以ω=- eq \f(1,6)+ eq \f(2,3)k,k∈Z,所以ω= eq \f(5,2),f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)x+\f(π,4)))+2,所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)))=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,4)π+\f(π,4)))+2=1.
[答案] (1)B (2)A
正弦型函数对称轴、对称中心的求法
函数
对称轴
对称中心
y=A sin (ωx+φ)
令ωx+φ=kπ+ eq \f(π,2)(k∈Z)
令ωx+φ=kπ(k∈Z),求对称中心的横坐标
[触类旁通]
2.(2025·河南南阳期中)函数 f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的图象的对称中心为( )
A. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2),0))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z))
B. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2)+\f(π,2),0))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z))
C. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2)+\f(5π,6),0))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z))
D. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2)+\f(π,6),0))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k∈Z))
解析 令 2x- eq \f(π,3)=kπ,k∈Z,解得x= eq \f(kπ,2)+ eq \f(π,6),k∈Z,所以f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)))的对称中心为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ,2)+\f(π,6),0))(k∈Z),故选D.
答案 D
题型三 正弦型函数的综合应用
已知函数f(x)=sin (ωx+φ)(ω>0,0≤φ≤π)是R上的偶函数,其图象关于点M eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4),0))对称,且在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上是单调函数,求φ和ω的值.
[解析] 由f(x)是偶函数,得f(-x)=f(x),即函数f(x)的图象关于y轴对称.
所以f(x)在x=0时取得最值.
即sin φ=1或sin φ=-1.
依题设0≤φ≤π,解得φ= eq \f(π,2).
由f(x)的图象关于点M对称,
可知sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)ω+\f(π,2)))=0,
所以 eq \f(3π,4)ω+ eq \f(π,2)=kπ(k∈Z),
因为ω>0,所以k≥1,
又f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2)))上是单调函数,
所以T≥π,即 eq \f(2π,ω)≥π,
又ω>0,所以0<ω≤2.
所以当k=1时,ω= eq \f(2,3);
当k=2时,ω=2.
所以φ= eq \f(π,2),ω=2或 eq \f(2,3).
正弦型函数性质的应用
(1)应用范围:主要围绕着函数的单调性、最值、奇偶性、图象的对称性等方面都有体现和考查.
(2)解决方法:有关函数y=A sin (ωx+φ)的性质的问题,充分利用正弦曲线的基本性质,要特别注意整体代换思想的运用.
[触类旁通]
3.(2024·湖北孝感高一期中)已知函数f(x)= eq \f(1,2)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))),x∈R .
(1)求f(x)的最大值和对应x的取值;
(2)求f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2)))的单调递增区间.
解析 (1)∵f(x)= eq \f(1,2)sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,4))),x∈R,函数取最大值满足:2x+ eq \f(π,4)= eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z,
可得x= eq \f(π,8)+kπ,k∈Z,∴当x= eq \f(π,8)+kπ,k∈Z时,函数f(x)有最大值 eq \f(1,2).
(2)函数在R上的增区间满足:- eq \f(π,2)+2kπ≤2x+ eq \f(π,4)≤ eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z,
可得- eq \f(3π,8)+kπ≤x≤ eq \f(π,8)+kπ,k∈Z,
又x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))),
∴函数f(x)的单增区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(3π,8),\f(π,8))).
[缜密思维提能区] 易错辨析
正弦型函数的单调性
[典例] 求函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x))的单调区间.
[错解] 当- eq \f(π,2)+2kπ≤ eq \f(π,4)-x≤ eq \f(π,2)+2kπ时,y单调递增,当 eq \f(π,2)+2kπ≤ eq \f(π,4)-x≤ eq \f(3π,2)+2kπ时,y单调递减,所以y的单调递增区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,4)-2kπ,\f(3π,4)-2kπ)),单调递减区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5π,4)-2kπ,-\f(π,4)-2kπ)).
[错因分析] 忽略了“ω”的正负和“k∈Z”的条件,当y=A sin (ωx+φ)中ω<0时,错以为ω为负值对单调性没有影响.
[正解] y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x))化为
y=-2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,4))).
因为y=sin u(u∈R)的单调递增区间、单调递减区间分别为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2)))(k∈Z), eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(π,2),2kπ+\f(3π,2)))(k∈Z),
所以函数y=-2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,4)))的单调递增区间、单调递减区间分别由下面的不等式确定.
2kπ+ eq \f(π,2)≤x- eq \f(π,4)≤2kπ+ eq \f(3π,2),k∈Z,
2kπ- eq \f(π,2)≤x- eq \f(π,4)≤2kπ+ eq \f(π,2),k∈Z,
解得2kπ+ eq \f(3π,4)≤x≤2kπ+ eq \f(7π,4),k∈Z,
2kπ- eq \f(π,4)≤x≤2kπ+ eq \f(3π,4),k∈Z.
故函数y=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)-x))的单调递增区间、单调递减区间分别为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ+\f(3π,4),2kπ+\f(7π,4))) (k∈Z), eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2kπ-\f(π,4),2kπ+\f(3π,4)))(k∈Z).
[纠错心得]
正确应用复合函数单调性规律“同增异减”是求解此类问题的关键.注意整体思想的应用,视“ωx+φ”为一个整体,结合正弦函数的性质解题.
知识落实
技法强化
(1)由图象求解析式.
(2)正弦型函数的性质:周期性、单调性、最值、对称性.
(3)正弦型函数性质与图象的综合应用.
(1)本节课应用了整体代换、数形结合、转化的思想方法.
(2)注意单调区间不要漏写k∈Z,用并集符号连接,由图象求解析式中的φ时,选择点时不要出错.
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