内容正文:
第2课时 函数y=A sin (ωx+φ)的
性质与图象
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1
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2
内容
索引
新知学习 探究
PART
01
第一部分
在物理和工程技术的许多问题中,经常会遇到形如y=A sin (ωx+φ)的函数(其中A,ω,φ为常数),例如,在简谐振动中位移与时间的函数关系就是形如y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的函数,其中振子在一段时间内的图象如图所示.
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思考 你能根据图象,求出A,ω,φ吗?
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第二步:在同一坐标系中描出各点.
第三步:用光滑曲线顺次连接这些点,得到图象.
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描点,连线,如图所示.
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描点,连线,如图所示.
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奇
偶
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(2)求该函数图象的对称中心;
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(3)求该函数的单调递增区间.
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(1)关于函数y=sin(ωx+φ)的对称性与奇偶性
将ωx+φ看作一个整体,代入到y=sin x图象的对称中心、对称轴的表达式可以求出函数y=sin(ωx+φ)图象的对称中心、对称轴或φ值.
(2)求解函数y=sin(ωx+φ)的单调区间的步骤
①将ω化为正值.
②将ωx+φ看作一个整体,代入到y=sin x的单调区间中解出x的范围即为函数的单调区间.
③如果要求函数在给定区间上的单调区间,则给k赋值即可.
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√
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已知图象求y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0)的方法
(1)如果从图象可确定振幅和周期,则可直接确定函数表达式y=A sin (ωx+φ)中的参数A和ω,再选取“第一个零点”(即五点(画图)法中的第一个)的数据代入“ωx+φ=0”(要注意正确判断哪一个点是“第一零点”)求得φ.
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(2)通过若干特殊点代入函数解析式,可以求得相关待定系数A,ω,φ.这里需要注意的是,要认清所选择的点属于五个点中的哪一点,并能正确代入列式.
(3)运用逆向思维的方法,先确定函数的基本解析式y=A sin ωx,根据图象平移规律可以确定相关的参数.
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[跟踪训练3] 已知函数y=sin (ωx+φ)(ω>0,
-π<φ≤π)的图象如图所示,则φ=________.
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解决函数y=A sin (ωx+φ)的图象与性质的综合问题的方法及步骤:先根据已知条件,求出函数的解析式,再利用整体思想,借助函数y=sin x的图象与性质来解决相关问题.
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√
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②求函数在[-6,0]上的值域.
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PART
02
第二部分
√
√
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√
√
√
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3.如图为函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0,-π<φ<0)的图象的一部分,则函数的解析式为
_______________________.
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1.已学习:“五点(画图)法”、由图象求三角函数的解析式、三角函数性质的综合问题.
2.须贯通:三角函数的图象与性质的综合应用.
3.应注意:求φ值时注意单调递增区间上的零点和单调递减区间上的零点的区别.
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eq \a\vs4\al(学习,目标) 1.会用“五点(画图)法”画函数y=A sin (ωx+φ)的图象. 2.掌握函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0)的性质. 3.能根据y=A sin (ωx+φ)的部分图象,确定其解析式.
提示:通常根据函数的振幅、周期和零点(特殊点)分别确定A,ω,φ的值.由题图可知,A=0.5,T= eq \f(2π,ω) =2,即ω=π,则y=0.5 sin (πx+φ),又图象经过点(2,0.5),故0.5sin (2π+φ)=0.5,且0<φ<π,则φ= eq \f(π,2) .
一 “五点(画图)法”作函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象
用“五点(画图)法”作y=A sin (ωx+φ)的图象的步骤
第一步:列表:
ωx+φ
0
eq \f(π,2)
π
eq \f(3π,2)
2π
x
- eq \f(φ,ω)
eq \f(π,2ω) - eq \f(φ,ω)
eq \f(π,ω) - eq \f(φ,ω)
eq \f(3π,2ω) - eq \f(φ,ω)
eq \f(2π,ω) - eq \f(φ,ω)
y
0
A
0
-A
0
利用“五点(画图)法”作出函数y=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)-\f(π,3))) 在一个周期内的图象.
【解】 依次令 eq \f(x,2) - eq \f(π,3) =0, eq \f(π,2) ,π, eq \f(3π,2) ,2π,列出下表:
eq \f(x,2) - eq \f(π,3)
0
eq \f(π,2)
π
eq \f(3π,2)
2π
x
eq \f(2π,3)
eq \f(5π,3)
eq \f(8π,3)
eq \f(11π,3)
eq \f(14π,3)
y
0
3
0
-3
0
(1)用“五点(画图)法”作图时,五点的确定,应先令ωx+φ分别为0, eq \f(π,2) ,π, eq \f(3π,2) ,2π,解出x,从而确定这五点.
(2)作给定区间上y=A sin (ωx+φ)的图象时,若x∈[m,n],则应先求出ωx+φ的相应范围,在求出的范围内确定关键点,再确定x,y的值,描点、连线并作出函数的图象.
[跟踪训练1] 已知f(x)=1+ eq \r(2) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,4))) ,画出f(x)在 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))) 上的图象.
解:因为x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(π,2),\f(π,2))) ,所以2x- eq \f(π,4) ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(5π,4),\f(3π,4))) .
列表如下:
x
- eq \f(π,2)
- eq \f(3π,8)
- eq \f(π,8)
eq \f(π,8)
eq \f(3π,8)
eq \f(π,2)
2x- eq \f(π,4)
- eq \f(5π,4)
-π
- eq \f(π,2)
0
eq \f(π,2)
eq \f(3π,4)
f(x)
2
1
1- eq \r(2)
1
1+ eq \r(2)
2
eq \f(2π,ω)
二 函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0)的性质
性质
y=A sin (ωx+φ),A>0,ω>0
定义域
R
值域
[-A,A]
周期性
T= eq \o(□,\s\up1(1)) ________
对称中心
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(kπ-φ,ω),0)) (k∈Z)
性质
y=A sin (ωx+φ),A>0,ω>0
对称轴
x= eq \f(π,2ω) + eq \f(kπ-φ,ω) (k∈Z)
奇偶性
当φ=kπ(k∈Z)时是 eq \o(□,\s\up1(2)) ________函数;
当φ=kπ+ eq \f(π,2) (k∈Z)时是 eq \o(□,\s\up1(3)) ________函数
单调性
通过整体代换可求出其单调区间
已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,3))) (ω>0)的最小正周期为π.
(1)求该函数图象的对称轴方程;
【解】 由T= eq \f(2π,ω) =π,解得ω=2,
则f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) ,
令2x+ eq \f(π,3) =kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,得x= eq \f(kπ,2) + eq \f(π,12) ,k∈Z,即该函数图象的对称轴方程为x= eq \f(kπ,2) + eq \f(π,12) ,k∈Z.
【解】 令2x+ eq \f(π,3) =kπ,k∈Z,得x= eq \f(kπ,2) - eq \f(π,6) ,k∈Z.所以该函数图象的对称中心为( eq \f(kπ,2) - eq \f(π,6) ,0)(k∈Z).
【解】 令μ=2x+ eq \f(π,3) ,由2kπ- eq \f(π,2) ≤μ≤2kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,即2kπ- eq \f(π,2) ≤2x+ eq \f(π,3) ≤2kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,解得kπ- eq \f(5π,12) ≤x≤kπ+ eq \f(π,12) ,k∈Z,
所以函数f(x)的单调递增区间为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(kπ-\f(5π,12),kπ+\f(π,12))) (k∈Z).
[跟踪训练2] 已知函数f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,6))) .
(1)求f(x)的最小正周期;
解:因为f(x)=sin (2x+ eq \f(π,6) ),所以f(x)的最小正周期为T= eq \f(2π,2) =π.
(2)求f(x)在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) 上的最大值和最小值.
解:因为x∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) ,所以2x+ eq \f(π,6) ∈ eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(7π,6))) ,根据正弦函数y=sin x的性质可知,当2x+ eq \f(π,6) = eq \f(π,2) ,即x= eq \f(π,6) 时,f(x)取得最大值1,当2x+ eq \f(π,6) = eq \f(7π,6) ,即x= eq \f(π,2) 时,f(x)取得最小值- eq \f(1,2) .综上,函数f(x)在区间 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) 上的最大值为1,最小值为- eq \f(1,2) .
三 由图象确定函数y=A sin (ωx+φ)的解析式
(1)已知函数f(x)=sin (ωx+φ)(ω>0,-π<φ<0)的图象如图所示,则φ的值是( )
A.- eq \f(7π,10) B.- eq \f(9π,10) C.- eq \f(π,2) D.- eq \f(π,5)
【解】 由题图可知 eq \f(T,2) =π- eq \f(π,6) = eq \f(5π,6) ,所以T= eq \f(5π,3) = eq \f(2π,ω) ,所以ω= eq \f(6,5) ,则f(x)=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(6,5)x+φ)) ,把 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),-1)) 代入得,sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,5)+φ)) =-1,所以 eq \f(π,5) +φ=
- eq \f(π,2) +2kπ,k∈Z,则φ=- eq \f(7π,10) +2kπ,k∈Z,
又因为-π<φ<0,所以φ=- eq \f(7π,10) .故选A.
(2)如图是函数y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|< eq \f(π,2) )的图象,求A,ω,φ的值,并确定其函数解析式.
【解】 方法一(逐一定参法) :
由题图知振幅A=3,又T= eq \f(5π,6) - eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6))) =π,所以ω= eq \f(2π,T) =2.
由图象过点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),0)) 可知,- eq \f(π,6) ×2+φ=2kπ,k∈Z,又|φ|< eq \f(π,2) ,所以φ= eq \f(π,3) ,所以y=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) .
方法二(待定系数法):
由题图知A=3,又图象过点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0)) 和 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,6),0)) ,根据“五点(画图)法”原理(以上两点可判定为“五点(画图)法”中的第三点和第五点),有
\f(5π,6)·ω+φ=2π,))
解得
φ=\f(π,3).))
所以y=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) .
方法三(图象变换法):
由T= eq \f(5π,6) - eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6))) =π,点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,6),0)) ,A=3可知,题图是由y=3sin 2x向左平移 eq \f(π,6) 个单位长度而得到的,所以y=3sin 2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(π,6))) ,即y=3sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) .
eq \f(9π,10)
解析:由题意得 eq \f(T,2) =2π- eq \f(3π,4) ,所以T= eq \f(5π,2) ,ω= eq \f(4,5) .又由x= eq \f(3π,4) 时,y=-1,得-1=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,5)+φ)) ,又- eq \f(2π,5) < eq \f(3π,5) +φ≤ eq \f(8π,5) ,所以 eq \f(3π,5) +φ= eq \f(3π,2) ,所以φ= eq \f(9π,10) .
【解】 因为f(x)为偶函数,
所以φ- eq \f(π,6) =kπ+ eq \f(π,2) (k∈Z),
所以φ=kπ+ eq \f(2π,3) (k∈Z).
四 函数y=A sin (ωx+φ)的图象与性质的综合应用
已知函数f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+φ-\f(π,6))) (0<φ<π,ω>0)为偶函数,且函数f(x)的图象的两相邻对称轴间的距离为 eq \f(π,2) .
(1)求f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8))) 的值;
又0<φ<π,所以φ= eq \f(2π,3) ,
所以f(x)=2sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωx+\f(π,2))) =2cos ωx.
又函数f(x)的图象的两相邻对称轴间的距离为 eq \f(π,2) ,所以T= eq \f(2π,ω) =2× eq \f(π,2) ,所以ω=2,
所以f(x)=2cos 2x,
所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8))) =2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2×\f(π,8))) = eq \r(2) .
【解】 将f(x)的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度后,得到函数y=2cos 2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(π,6))) =2cos (2x- eq \f(π,3) )的图象,再将所得图象上各点的横坐标伸长为原来的4倍,纵坐标不变,得到g(x)=2cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,2)-\f(π,3))) 的图象.
(2)将函数f(x)的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度后,再将得到的图象上各点的横坐标伸长为原来的4倍,纵坐标不变,得到函数g(x)的图象,求函数g(x)的单调递减区间.
令2kπ≤ eq \f(x,2) - eq \f(π,3) ≤2kπ+π(k∈Z),
解得4kπ+ eq \f(2π,3) ≤x≤4kπ+ eq \f(8π,3) (k∈Z).
所以函数g(x)的单调递减区间是 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(4kπ+\f(2π,3),4kπ+\f(8π,3))) (k∈Z).
[跟踪训练4] (1)将函数y=sin (2x+φ)(|φ|< eq \f(π,2) )图象上各点的横坐标缩短到原来的 eq \f(1,2) (纵坐标不变),再向左平移 eq \f(π,6) 个单位长度得到曲线C.若曲线C关于y轴对称,则φ的值为( )
A.- eq \f(π,3)
B.- eq \f(π,6)
C.- eq \f(π,12)
D. eq \f(π,3)
解析:由题意得曲线C对应的函数解析式为y=sin (4x+ eq \f(2π,3) +φ),因为曲线C关于y轴对称,故 eq \f(2π,3) +φ= eq \f(π,2) +kπ,k∈Z,即φ=kπ- eq \f(π,6) ,k∈Z,又|φ|< eq \f(π,2) ,即当k=0时,φ=- eq \f(π,6) .故选B.
(2)已知曲线y=A sin (ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|≤ eq \f(π,2) )上一个最高点为(2, eq \r(2) ),该最高点与相邻的最低点间的曲线与x轴交于点(6,0).
①求函数的解析式;
解:由题意可知A= eq \r(2) , eq \f(T,4) =6-2=4,
所以T=16,即 eq \f(2π,ω) =16,所以ω= eq \f(π,8) ,
所以y= eq \r(2) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8)x+φ)) .
又图象过最高点(2, eq \r(2) ),所以sin ( eq \f(π,8) ×2+φ)=1,故 eq \f(π,4) +φ= eq \f(π,2) +2kπ,k∈Z,得φ= eq \f(π,4) +2kπ,k∈Z,由|φ|≤ eq \f(π,2) ,得φ= eq \f(π,4) ,
所以y= eq \r(2) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8)x+\f(π,4))) .
解:因为-6≤x≤0,所以- eq \f(π,2) ≤ eq \f(π,8) x+ eq \f(π,4) ≤ eq \f(π,4) ,
所以- eq \r(2) ≤ eq \r(2) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,8)x+\f(π,4))) ≤1.
即函数在[-6,0]上的值域为[- eq \r(2) ,1].
1.(多选)若函数f(x)=3sin (ωx+φ)对任意x有f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+x)) =f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)-x)) ,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6))) =( )
A.-3 B.-1 C.0 D.3
解析:由题意知,函数f(x)的图象关于直线x= eq \f(π,6) 对称,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6))) 是函数f(x)的最大值或最小值,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6))) =3或f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6))) =-3.
2.(多选)已知函数f(x)=cos (2x+φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(|φ|<\f(π,2))) 的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度后得到的函数是奇函数,则关于函数f(x)的图象,下列说法不正确的是( )
A.关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,3),0)) 对称
B.关于直线x=- eq \f(π,6) 对称
C.关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,12),0)) 对称
D.关于直线x= eq \f(π,12) 对称
令x=- eq \f(π,6) ,得f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(π,2))) =0,故B不正确;
解析:将函数f(x)=cos (2x+φ) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(|φ|<\f(π,2))) 的图象向右平移 eq \f(π,6) 个单位长度后,可得y=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,3)+φ)) 的图象,根据得到的函数是奇函数,可得- eq \f(π,3) +φ=kπ+ eq \f(π,2) ,k∈Z,又|φ|< eq \f(π,2) ,所以φ=- eq \f(π,6) ,所以f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(π,6))) .令x=- eq \f(π,3) ,得f(x)=cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5π,6))) =- eq \f(\r(3),2) ,故A不正确;
令x= eq \f(π,12) ,得f(x)=cos 0=1,为函数的最大值,故C不正确,D正确.
解析:由题图,可得A= eq \r(3) ,
eq \f(1,2) · eq \f(2π,ω) = eq \f(5π,6) - eq \f(π,3) ,所以ω=2.
因为函数图象过点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),0)) ,
所以 eq \r(3) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)+φ)) =0,
y= eq \r(3) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(2π,3)))
所以 eq \f(2π,3) +φ=2kπ,k∈Z,所以φ=2kπ- eq \f(2π,3) ,k∈Z,
又因为-π<φ<0,所以φ=- eq \f(2π,3) ,
故函数的解析式为y= eq \r(3) sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x-\f(2π,3))) .
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,12),\f(7π,12)))
4.(教材P52T4改编)函数y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) 在区间[0,π]上的单调递减区间是____________________________.
解析:由2kπ+ eq \f(π,2) ≤2x+ eq \f(π,3) ≤2kπ+ eq \f(3π,2) (k∈Z)得kπ+ eq \f(π,12) ≤x≤kπ+ eq \f(7π,12) (k∈Z).结合x∈[0,π],可得函数y=sin eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2x+\f(π,3))) 在区间[0,π]上的单调递减区间是 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,12),\f(7π,12))) .
$