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进阶点2 三角函数中ω的取值范围问题
三角函数中求ω的取值范围是高考的热点.考查内容主要是函数的单调性、对称性、极值与最值、零点等知识的综合,需要学生能够熟练运用三角函数的基本性质和图象.试题多以单选题、多选题、填空题形式呈现.
题型一 与函数的单调性有关
例1 已知ω>0,函数f(x)=sin在上单调递减,则ω的取值范围是(A)
A. B. C. D.(0,2]
解析 函数f(x)=sin的导函数为f′(x)=ωcos,要使函数f(x)=sin在上单调递减,则有f′(x)=ωcos≤0恒成立,则2kπ+≤ωx+≤2kπ+,即2kπ+≤ωx≤2kπ+,所以+≤x≤+(k∈Z).当k=0时,≤x≤,又<x<π,所以有解得≤ω≤.故选A.
题型二 与函数的最值、极值有关
例2 (2022·全国甲卷)设函数f(x)=sin在区间(0,π)恰有三个极值点,两个零点,则ω的取值范围是(C)
A. B. C. D.
解析 依题意可得ω>0,因为x∈(0,π),所以ωx+∈,要使函数在区间(0,π)恰有三个极值点,两个零点,结合y=sin x,x∈的图象,如图,则<ωπ+≤3π,解得<ω≤,即ω∈.故选C.
例3 设函数f(x)=cos(ω>0),若f(x)≤f对任意的实数x都成立,则ω的最小值为 .
解析 由题意知f(x)max=f=1,即cos=1,所以-=2kπ(k∈Z),解得ω=8k+(k∈Z).又因为ω>0,所以当k=0时,ωmin=.
题型三 与函数的对称性有关
例4 (2022·全国甲卷)将函数f(x)=sin(ω>0)的图象向左平移个单位长度后得到曲线C,若C关于y轴对称,则ω的最小值是(C)
A. B. C. D.
解析 由题意知,曲线C为y=sin=sin,又C关于y轴对称,则+=+kπ(k∈Z),解得ω=+2k(k∈Z),又ω>0,故当k=0时,ω的最小值为.故选C.
题型四 与函数的零点有关
例5 (2023·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=cos ωx-1(ω>0)在区间[0,2π]上有且仅有3个零点,则ω的取值范围是_[2,3)_.
解析 因为0≤x≤2π,所以0≤ωx≤2ωπ,令f(x)=cos ωx-1=0,则cos ωx=1有3个根,令t=ωx,则cos t=1有3个根,其中t∈[0,2ωπ],如图,结合余弦函数y=cos t的图象性质可得4π≤2ωπ<6π,故2≤ω<3.
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