
?第三篇 三角函數(shù)與解三角形
專題3.3 三角函數(shù)的圖像和性質(zhì)
【考綱要求】
1. 能畫出y=sin x,y=cos x,y=tan x的圖象,了解三角函數(shù)的周期性.
2.理解正弦函數(shù)、余弦函數(shù)在區(qū)間[0,2π]上的性質(zhì)(如單調(diào)性、最大值和最小值以及與x軸的交點等),理解正切函數(shù)在區(qū)間內(nèi)的單調(diào)性.
3.了解函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的物理意義;能畫出y=Asin(ωx+φ)的圖象,了解參數(shù)A,ω,φ對函數(shù)圖象變化的影響.
4.體會三角函數(shù)是描述周期變化現(xiàn)象的重要函數(shù)模型,會用三角函數(shù)解決一些簡單的實際問題.
【命題趨勢】
1.三角函數(shù)的圖象,主要考查三角函數(shù)的圖象變換、三角函數(shù)解析式的求法及三角函數(shù)圖象的應(yīng)用.
2.三角函數(shù)的性質(zhì)是高考的必考內(nèi)容,常與三角函數(shù)的圖象結(jié)合,主要考查三角函數(shù)的周期性、單調(diào)性、最值、奇偶性、對稱性.
3.高考中常以選擇、填空題的形式考查三角函數(shù)關(guān)系式、三角函數(shù)誘導(dǎo)公式、三角函數(shù)的奇偶性及對稱性,屬于中低檔題.
4.以解答題的形式考查三角函數(shù)的單調(diào)性、最值,常與平面向量、解三角形及三角恒等變換相結(jié)合.
【核心素養(yǎng)】
本講內(nèi)容主要考查數(shù)學(xué)運算和直觀想象的核心素養(yǎng)。
【素養(yǎng)清單?基礎(chǔ)知識】
1.用五點法作正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的簡圖
(1)“五點法”作圖原理:
在正弦函數(shù)y=sin x,x∈[0,2π]的圖象上,五個關(guān)鍵點是:(0,0),,(π,0),,(2π,0).
在余弦函數(shù)y=cos x,x∈[0,2π]的圖象上,五個關(guān)鍵點是:(0,1),,(π,-1),,(2π,1).
函數(shù)y=sin x,x∈[0,2π],y=cos x,x∈[0,2π]的五個關(guān)鍵點的橫坐標(biāo)是零點和極值點(最值點).
(2)五點法作圖的三步驟:列表、描點、連線(注意光滑).
2.正弦、余弦、正切函數(shù)的圖象與性質(zhì)
函數(shù)
y=sin x
y=cos x
y=tan x
圖象
定義域
R
R
值域
[-1,1]
[-1,1]
R
奇偶性
奇函數(shù)
偶函數(shù)
奇函數(shù)
單
調(diào)
性
在(k∈Z)上是遞增函數(shù),在(k∈Z)上是遞減函數(shù)
在[2kπ-π,2kπ](k∈Z)上是遞增函數(shù),在[2kπ,2kπ+π](k∈Z)上是遞減函數(shù)
在(k∈Z)上是遞增函數(shù)
周
期
性
周期是2kπ(k∈Z且k≠0),最小正周期是2π
周期是2kπ(k∈Z且k≠0),最小正周期是2π
周期是kπ(k∈Z且k≠0),最小正周期是
對
稱
性
對稱軸是x=+kπ(k∈Z),對稱中心是(kπ,0)(k∈Z)
對稱軸是x=kπ(k∈Z),對稱中心是(k∈Z)
對稱中心是
(k∈Z)
三角函數(shù)性質(zhì)的注意點:
(1)正、余弦函數(shù)一個完整的單調(diào)區(qū)間的長度是半個周期;y=tan x無單調(diào)遞減區(qū)間;y=tan x在整個定義域內(nèi)不單調(diào).
(2)要注意求函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的單調(diào)區(qū)間時A和ω的符號,盡量化成ω>0的形式,避免出現(xiàn)增減區(qū)間的混淆.
3.函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的有關(guān)概念
y=Asin(ωx+φ)
(A>0,ω>0)
振幅
周期
頻率
相位
初相
A
T=
f==
ωx+φ
4.用五點法畫y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)一個周期內(nèi)的簡圖
用五點法畫y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)一個周期內(nèi)的簡圖時,要找五個關(guān)鍵點,如下表所示:
ωx+φ
0
π
2π
x
-
-
-
y=Asin(ωx+φ)
0
0
-A
0
5.由函數(shù)y=sin x的圖象通過變換得到y(tǒng)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的圖象的兩種方法
(1)兩種變換的區(qū)別
①先相位變換再周期變換(伸縮變換),平移的量是|φ|個單位長度;②先周期變換(伸縮變換)再相位變換,平移的量是(ω>0)個單位長度.
(2)變換的注意點
無論哪種變換,每一個變換總是針對自變量x而言的,即圖象變換要看“自變量x”發(fā)生多大變化,而不是看角“ωx+φ”的變化.
【素養(yǎng)清單?常用結(jié)論】
1.對稱與周期的關(guān)系
正弦曲線、余弦曲線相鄰的兩個對稱中心、相鄰的兩條對稱軸之間的距離是半個周期,相鄰的對稱中心與對稱軸之間的距離是四分之一個周期;正切曲線相鄰兩個對稱中心之間的距離是半個周期.
2.與三角函數(shù)的奇偶性相關(guān)的結(jié)論
(1)若y=Asin(ωx+φ)為偶函數(shù),則有φ=kπ+(k∈Z);若為奇函數(shù),則有φ=kπ (k∈Z).
(2)若y=Acos(ωx+φ)為偶函數(shù),則有φ=kπ(k∈Z);若為奇函數(shù),則有φ=kπ+ (k∈Z).
(3)若y=Atan(ωx+φ)為奇函數(shù),則有φ=kπ(k∈Z).
【真題體驗】
1.【2019年高考全國Ⅰ卷理數(shù)】函數(shù)f(x)=在的圖像大致為( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】由,得是奇函數(shù),其圖象關(guān)于原點對稱,排除A.又,排除B,C,故選D.
【名師點睛】本題考查函數(shù)的性質(zhì)與圖象,滲透了邏輯推理、直觀想象和數(shù)學(xué)運算素養(yǎng),采取性質(zhì)法或賦值法,利用數(shù)形結(jié)合思想解題.解答本題時,先判斷函數(shù)的奇偶性,得是奇函數(shù),排除A,再注意到選項的區(qū)別,利用特殊值得正確答案.
2.【2019年高考全國Ⅰ卷理數(shù)】關(guān)于函數(shù)有下述四個結(jié)論:
①f(x)是偶函數(shù) ②f(x)在區(qū)間(,)單調(diào)遞增
③f(x)在有4個零點 ④f(x)的最大值為2
其中所有正確結(jié)論的編號是( )
A.①②④ B.②④
C.①④ D.①③
【答案】C
【解析】為偶函數(shù),故①正確.
當(dāng)時,,它在區(qū)間單調(diào)遞減,故②錯誤.
當(dāng)時,,它有兩個零點:;當(dāng)時,
,它有一個零點:,故在有個零點:,故③錯誤.
當(dāng)時,;當(dāng)時,,又為偶函數(shù),的最大值為,故④正確.
綜上所述,①④正確,故選C.
【名師點睛】本題也可畫出函數(shù)的圖象(如下圖),由圖象可得①④正確.
3. 【2019年高考全國Ⅱ卷理數(shù)】下列函數(shù)中,以為周期且在區(qū)間(,)單調(diào)遞增的是( )
A.f(x)=|cos2x| B.f(x)=|sin2x|
C.f(x)=cos|x| D.f(x)=sin|x|
【答案】A
【解析】作出因為的圖象如下圖1,知其不是周期函數(shù),排除D;
因為,周期為,排除C;
作出圖象如圖2,由圖象知,其周期為,在區(qū)間(,)單調(diào)遞增,A正確;
作出的圖象如圖3,由圖象知,其周期為,在區(qū)間(,)單調(diào)遞減,排除B,
故選A.
圖1
圖2
圖3
【名師點睛】本題主要考查三角函數(shù)的圖象與性質(zhì),滲透直觀想象、邏輯推理等數(shù)學(xué)素養(yǎng),畫出各函數(shù)圖象,即可作出選擇.本題也可利用二級結(jié)論:①函數(shù)的周期是函數(shù)周期的一半;②不是周期函數(shù).
4.【2019年高考全國Ⅲ卷理數(shù)】設(shè)函數(shù)=sin()(>0),已知在有且僅有5個零點,下述四個結(jié)論:
①在()有且僅有3個極大值點
②在()有且僅有2個極小值點
③在()單調(diào)遞增
④的取值范圍是[)
其中所有正確結(jié)論的編號是( )
A.①④ B.②③
C.①②③ D.①③④
【答案】D
【解析】①若在上有5個零點,可畫出大致圖象,
由圖1可知,在有且僅有3個極大值點.故①正確;
②由圖1、2可知,在有且僅有2個或3個極小值點.故②錯誤;
④當(dāng)=sin()=0時,=kπ(k∈Z),所以,
因為在上有5個零點,
所以當(dāng)k=5時,,當(dāng)k=6時,,解得,
故④正確.
③函數(shù)=sin()的增區(qū)間為:,.
取k=0,
當(dāng)時,單調(diào)遞增區(qū)間為,
當(dāng)時,單調(diào)遞增區(qū)間為,
綜上可得,在單調(diào)遞增.故③正確.
所以結(jié)論正確的有①③④.故本題正確答案為D.
【名師點睛】本題為三角函數(shù)與零點結(jié)合問題,難度大,可數(shù)形結(jié)合,分析得出答案,要求高,理解深度高,考查數(shù)形結(jié)合思想.注意本題中極小值點個數(shù)是動態(tài)的,易錯,正確性考查需認(rèn)真計算,易出錯.
5.【2019年高考天津卷理數(shù)】已知函數(shù)是奇函數(shù),將的圖象上所有點的橫坐標(biāo)伸長到原來的2倍(縱坐標(biāo)不變),所得圖象對應(yīng)的函數(shù)為.若的最小正周期為,且,則( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】∵為奇函數(shù),∴;
又∴,
又,∴,
∴,故選C.
【名師點睛】本題主要考查函數(shù)的性質(zhì)和函數(shù)的求值問題,解題關(guān)鍵是求出函數(shù),再根據(jù)函數(shù)性質(zhì)逐步得出的值即可.
6. 【2018年高考天津理數(shù)】將函數(shù)的圖象向右平移個單位長度,所得圖象對應(yīng)的函數(shù)( )
A.在區(qū)間上單調(diào)遞增 B.在區(qū)間上單調(diào)遞減
C.在區(qū)間上單調(diào)遞增 D.在區(qū)間上單調(diào)遞減
【答案】A
【解析】由函數(shù)圖象平移變換的性質(zhì)可知:將的圖象向右平移個單位長度之后的解析式為.
則函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間滿足,即,
令可得一個單調(diào)遞增區(qū)間為.
函數(shù)的單調(diào)遞減區(qū)間滿足:,即,
令可得一個單調(diào)遞減區(qū)間為:.
故選A.
【名師點睛】本題主要考查三角函數(shù)的平移變換,三角函數(shù)的單調(diào)區(qū)間的判斷等知識,意在考查學(xué)生的轉(zhuǎn)化能力和計算求解能力.
7. 【2018年高考浙江卷】函數(shù)y=sin2x的圖象可能是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】令,因為,所以為奇函數(shù),排除選項A,B;
因為時,,所以排除選項C,
故選D.
【名師點睛】解答本題時,先研究函數(shù)的奇偶性,再研究函數(shù)在上的符號,即可作出判斷.有關(guān)函數(shù)圖象的識別問題的常見題型及解題思路:
(1)由函數(shù)的定義域,判斷圖象的左、右位置,由函數(shù)的值域,判斷圖象的上、下位置;
(2)由函數(shù)的單調(diào)性,判斷圖象的變化趨勢;
(3)由函數(shù)的奇偶性,判斷圖象的對稱性;
(4)由函數(shù)的周期性,判斷圖象的循環(huán)往復(fù).
8.【2017年高考全國Ⅲ理數(shù)】設(shè)函數(shù),則下列結(jié)論錯誤的是( )
A.的一個周期為
B.的圖象關(guān)于直線對稱
C.的一個零點為
D.在(,)單調(diào)遞減
【答案】D
【解析】函數(shù)的最小正周期為,則函數(shù)的周期為,取,可得函數(shù)的一個周期為,選項A正確;
函數(shù)圖象的對稱軸為,即,取,可得y=f(x)的圖象關(guān)于直線對稱,選項B正確;
,函數(shù)的零點滿足,即,取,可得的一個零點為,選項C正確;
當(dāng)時,,函數(shù)在該區(qū)間內(nèi)不單調(diào),選項D錯誤.
故選D.
【名師點睛】(1)求最小正周期時可先把所給三角函數(shù)式化為或的形式,則最小正周期為;奇偶性的判斷關(guān)鍵是解析式是否為或的形式.
(2)求的對稱軸,只需令,求x;求f(x)的對稱中心的橫坐標(biāo),只需令即可.
【考法拓展?題型解碼】
考法一 三角函數(shù)的圖象及變換
歸納總結(jié):三角函數(shù)圖象的兩種變換
(1)平移變換
①沿x軸平移:由y=f(x)變?yōu)閥=f(x+φ)時,“左加右減”,即φ>0,左移;φ0,上移;k0,ω>0)中參數(shù)的方法
(1)求A,b:確定函數(shù)的最大值M和最小值m,則A=(M-m)/2,b=(M+m)/2.
(2)求ω:確定函數(shù)的周期T,則可得ω=.
(3)求φ:常用的方法有:
①代入法:把圖象上的一個已知點代入(此時A,ω,b已知)或代入圖象與直線y=b的交點求解(此時要注意交點是在上升區(qū)間還是在下降區(qū)間).
②五點法:確定φ值時,往往以尋找“五點法”中的某一個點為突破口.具體如下:
“第一點”(即圖象上升時與x軸的交點)為ωx+φ=0;“第二點”(即圖象的“峰點”)為ωx+φ=;“第三點”(即圖象下降時與x軸的交點)為ωx+φ=π;“第四點”(即圖象的“谷點”)為ωx+φ=;“第五點”為ωx+φ=2π.
【例2】 (1)函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的部分圖象如圖所示,則( )
A.y=2sin B.y=2sin
C.y=2sin D.y=2sin
【答案】A
【解析】由圖象知A=2,=-=,故T=π,由此可排除C,D;將點依次代入選項A,B中的函數(shù)解析式,A項符合題意,B項不符合題意,由此排除選項B.故選A.
(2)如圖是函數(shù)y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的圖象的一部分,它的振幅、周期、初相各是( )
A.A=3,T=,φ=-
B.A=1,T=,φ=
C.A=1,T=,φ=-
D.A=1,T=,φ=-
【答案】C
【解析】由圖象知,A==1,b==2,=-=,則T=,ω=.由×+φ=+2kπ,k∈Z,得φ=-+2kπ,k∈Z,令k=0,得φ=-.
考法三 三角函數(shù)的單調(diào)性
解題技巧:三角函數(shù)單調(diào)性問題的常見類型及解題策略
(1)已知三角函數(shù)的解析式求單調(diào)區(qū)間:
①求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間應(yīng)遵循簡單化原則,將解析式先化簡,并注意復(fù)合函數(shù)單調(diào)性“同增異減”的規(guī)律;
②求形如y=Asin(ωx+φ)或y=Acos(ωx+φ)(其中ω>0)的單調(diào)區(qū)間時,要視“ωx+φ”為一個整體,通過解不等式求解.但如果ω0,ω>0,φ∈R),則“f(x)是奇函數(shù)”是“φ=”的( )
A.充分不必要條件 B.必要不充分條件
C.充要條件 D.既不充分也不必要條件
【答案】B
【解析】f(x)是奇函數(shù)時,φ=+kπ(k∈Z);φ=時,f(x)=Acos=-Asin ωx,為奇函數(shù),所以“f(x)是奇函數(shù)”是“φ=”的必要不充分條件
(2)(2018·江蘇卷)已知函數(shù)y=sin(2x+φ)的圖象關(guān)于直線x=對稱,則φ的值是__________.
【答案】?。?br />
【解析】由2×+φ=kπ+(k∈Z)得φ=kπ-,又φ∈,取k=0,φ=-.
(3)設(shè)函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ)(A,ω,φ是常數(shù),A>0,ω>0).若f(x)在區(qū)間上具有單調(diào)性,且f =f =-f ,則f(x)的最小正周期為__________.
【答案】 π
【解析】記f(x)的最小正周期為T.由題意知≥-=.又f =f =-f ,且-=.
可作出示意圖如圖所示(一種情況).
所以x1=×=,x2=×=,
所以=x2-x1=-=.所以T=π.
考法六 三角函數(shù)模型的應(yīng)用
歸納總結(jié)
三角函數(shù)模型在實際中的應(yīng)用體現(xiàn)在兩個方面,一是已知函數(shù)模型,利用三角函數(shù)的有關(guān)性質(zhì)解決問題,其關(guān)鍵是準(zhǔn)確理解自變量的意義及自變量與函數(shù)之間的對應(yīng)法則.二是把實際問題抽象轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題,建立三角函數(shù)模型,再利用三角函數(shù)的有關(guān)知識解決問題,其關(guān)鍵是建模.
【例7】 如圖,某港口一天6時到18時的水深變化曲線近似滿足函數(shù)y=3sin+k.據(jù)此函數(shù)可知,這段時間水深(單位:m)的最大值為( )
A.5 B.6
C.8 D.10
【答案】C
【解析】 根據(jù)圖象得函數(shù)的最小值為2,有-3+k=2,k=5,最大值為3+k=8.
【易錯警示】
易錯點 圖象變換出現(xiàn)錯誤
【典例】 要得到y(tǒng)=sin的圖象,只需將y=sin的圖象( )
A.向左平移個單位長度
B.向右平移個單位長度
C.向左平移個單位長度
D.向右平移個單位長度
【錯解一】:由函數(shù)y=sin的圖象向左平移就得到y(tǒng)=sin=sin的圖象.故選C.
【錯解二】:由函數(shù)y=sin的圖象向右平移就得到y(tǒng)=sin的圖象.故選D.
【錯因分析】:錯解一中將y=sin的圖象向左平移得到的應(yīng)該是函數(shù)y=sin=sin的圖象,變換求式時忽視了x的系數(shù)-.
錯解二對題意理解有誤,是將誰平移變換得到誰弄反了,另外,若向右平移個單位,應(yīng)該得到函數(shù)y=sin=sin的圖象.
【正解答案】:B
【正解】:因為y=sin=sin,與y=sin比較,只需x→x-即可.故選B.
【跟蹤訓(xùn)練】 要得到函數(shù)y=sin的圖象,只需將函數(shù)y=sin 4x的圖象( )
A.向左平移個單位長度
B.向右平移個單位長度
C.向左平移個單位長度
D.向右平移個單位長度
【答案】B
【解析】 由y=sin=sin 4得,只需將y=sin 4x的圖象向右平移個單位長度即可.故選B.
【遞進(jìn)題組】
1.把函數(shù)y=sin的圖象上所有點向右平移個單位長度,再將所得圖象的橫坐標(biāo)變?yōu)樵瓉淼?縱坐標(biāo)不變),所得圖象的解析式是y=sin(ωx+φ)(ω>0,|φ|
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