高考数学专题练 专题二 微专题16 三角函数中ω,φ的范围问题(含答案)
展开典例1 (1)已知ω>0,函数f(x)=sin ωx在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),π))上存在最值,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),\f(9,2)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),+∞))
(2)已知函数f(x)=4sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,|φ|≤\f(π,2)))相邻两个对称轴之间的距离为π,且f(x)>2对于任意的x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,3)))恒成立,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,3))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,2)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5π,12),\f(π,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,3)))
典例2 (1)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))(其中ω>0)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))上单调递增,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))上单调递减,则ω的取值范围为( )
A.(0,1] B.(0,2]
C.[1,2] D.(1,2)
(2)已知函数f(x)=cs(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的图象的一条对称轴与其相邻的一个对称中心的距离为eq \f(π,4),将f(x)的图象向右平移eq \f(π,6)个单位长度得到函数g(x)的图象.若函数g(x)的图象在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4)))上单调递增,则φ的取值范围为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,2))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(5π,6)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(2π,3))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(3π,4)))
典例3 (1)(2023·新高考全国Ⅰ)已知函数f(x)=cs 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)(2023·银川模拟)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,2))),将函数f(x)的图象先向右平移φ(0<φ≤π)个单位长度,再将所得函数图象上所有点的纵坐标保持不变,横坐标变为原来的eq \f(1,2)倍,得到函数g(x)的图象,若函数g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(π,2)))上没有零点,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4))) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))) C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(π,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))
[总结提升]
求ω,φ题型多为复杂题,大多数是代入点的坐标,利用一些已知点(最高点、最低点或“零点”)坐标代入解析式,或者利用图象的变换,或者利用函数的单调区间、对称性、最值、零点、极值点等性质,再结合图形解出ω,φ的值或取值范围.
1.函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3)))向右平移φ(0≤φ≤π)个单位长度后得到函数g(x)的图象,若g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,6)))上单调递增,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(2π,3)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(2π,3))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,4)))
2.已知x1,x2是函数f(x)=tan(ωx-φ)(ω>0,0<φ<π)的两个零点,且eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(x1-x2))的最小值为eq \f(π,3),若将函数f(x)的图象向左平移eq \f(π,12)个单位长度后得到的图象关于原点对称,则φ的最大值为( )
A.eq \f(3π,4) B.eq \f(π,4) C.eq \f(7π,8) D.eq \f(π,8)
3.(2023·乌鲁木齐模拟)已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,0<φ<\f(π,2)))的图象过点(0,1),且在区间(π,2π)内不存在最值,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(7,12)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(7,12))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(2,3)))
4.(2023·重庆模拟)函数f(x)=(2cs ωx-1)·sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,4))),ω>0在(0,3π)上有6个零点,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3,4),\f(13,12))) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(7,9),\f(13,12)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3,4),\f(11,9))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(7,9),\f(11,9)))
5.(多选)设函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,5)))(ω>0),已知f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,2π))上有且仅有5个零点,下列四个结论正确的是( )
A.f(x)在(0,2π)上有且仅有3个极大值点
B.f(x)在(0,2π)上有且仅有2个极小值点
C.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,10)))上单调递增
D.ω的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(12,5),\f(29,10)))
6.(多选)(2023·武汉统考)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(其中ω>0,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(φ))<\f(π,2))),T为f(x)图象的最小正周期,满足f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,ω)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(T,3))),且f(x)在(0,π)上恰有两个极值点,则有( )
A.φ=-eq \f(π,6)
B.函数y=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3ω)))为奇函数
C.eq \f(11,6)<ω≤eq \f(17,6)
D.若ω∈N*,则直线y=x-eq \f(\r(3),2)为f(x)图象的一条切线
7.(2023·南通模拟)若函数f(x)=sin(x+φ)+cs x(0<φ<π)的最大值为2,则常数φ的值为________.
8.(2023·成都模拟)定义在R上的函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,3)))(ω>0)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,6)))上恰有两个零点和一个极值点,则ω的取值范围是________________.
9.(2023·安徽安庆示范高中联考)已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω≠0,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(φ))<\f(π,2)))的图象经过点(0,eq \r(3)),若函数f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))上既有最大值,又有最小值,而且取得最大值、最小值时的自变量x的值分别只有一个,则实数ω的取值范围是________________.
10.(2023·洛阳统考)先将函数f(x)=cs x的图象向左平移eq \f(2π,3)个单位长度,再将所得图象上所有点的横坐标变为原来的eq \f(1,ω)(ω>0)倍,纵坐标不变,所得图象与函数g(x)的图象关于x轴对称,若函数g(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(2π,3)))上恰有两个零点,且在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,12)))上单调递增,则ω的取值范围是________________.
微专题16 三角函数中ω,φ的范围问题
[考情分析] 三角函数是高考的必考考点,其中求ω,φ的取值范围问题是热门考点.主要结合函数的单调性、对称性、极值与最值、零点等考查,需要考生能够熟练应用三角函数的基本性质和图象.从近几年的高考情况来看,常在选择题中出现,难度稍大.
考点一 三角函数的最值(值域)与ω,φ的取值范围
典例1 (1)已知ω>0,函数f(x)=sin ωx在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),π))上存在最值,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),+∞))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),\f(9,2)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),+∞))
答案 D
解析 当f(x)=sin ωx取最值时,ωx=kπ+eq \f(π,2),k∈Z,
即x=eq \f(kπ+\f(π,2),ω),k∈Z,
由题知eq \f(π,3)
因为ω>0,当k=0时,eq \f(1,2)<ω
综上,所求ω的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2),+∞)).
(2)已知函数f(x)=4sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,|φ|≤\f(π,2)))相邻两个对称轴之间的距离为π,且f(x)>2对于任意的x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,3)))恒成立,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,3))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,2)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5π,12),\f(π,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,3)))
答案 C
解析 由题意,得T=eq \f(2π,ω)=2π,解得ω=1.
由4sin(x+φ)>2,即sin(x+φ)>eq \f(1,2),
得eq \f(π,6)+2kπ
因为f(x)>2对于任意的x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,3)))恒成立,且|φ|≤eq \f(π,2),
所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,3)))⊆eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)-φ,\f(5π,6)-φ)),
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(π,6)-φ≤-\f(π,4),,\f(5π,6)-φ≥\f(π,3),))
解得eq \f(5π,12)≤φ≤eq \f(π,2).
跟踪训练1 (1)(2023·平顶山模拟)已知函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))(ω>0)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))上的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(1,2)),则ω的取值范围为( )
A.[1,2] B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(1,\f(3,2)))
C.[1,3] D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),2))
答案 A
解析 当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))时,eq \f(π,6)≤ωx+eq \f(π,6)≤eq \f(πω,3)+eq \f(π,6),
因为函数f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))上的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(1,2)),
所以eq \f(π,2)≤eq \f(πω,3)+eq \f(π,6)≤eq \f(5π,6),
解得1≤ω≤2.
(2)已知函数f(x)=asin x-2eq \r(3)cs x,若f(t)=0,f′(t)>0,且f(x)在(t,t+φ)上恰有一个最大值点,那么φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(5π,2))) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,2)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3π,2),\f(5π,2))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,π))
答案 A
解析 由题意,函数f(x)=asin x-2eq \r(3)cs x=eq \r(a2+12)sin(x-β),
其中cs β=eq \f(a,\r(a2+12)),sin β=eq \f(2\r(3),\r(a2+12)),
可得函数f(x)的最小正周期为2π,
又由f(t)=0,f′(t)>0且f(x)在(t,t+φ)上恰有一个最大值点,
所以t+eq \f(π,2)
典例2 (1)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))(其中ω>0)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))上单调递增,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))上单调递减,则ω的取值范围为( )
A.(0,1] B.(0,2]
C.[1,2] D.(1,2)
答案 C
解析 当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))时,ωx+eq \f(π,6)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,6)ω+\f(π,6))),
所以eq \f(π,6)ω+eq \f(π,6)≤eq \f(π,2),解得ω≤2,
当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))时,ωx+eq \f(π,6)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)ω+\f(π,6),\f(π,2)ω+\f(π,6))),
因为ω≤2,则eq \f(π,2)ω+eq \f(π,6)≤eq \f(7π,6),
所以eq \f(π,3)ω+eq \f(π,6)≥eq \f(π,2),
解得ω≥1,综上所述,1≤ω≤2.
(2)已知函数f(x)=cs(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的图象的一条对称轴与其相邻的一个对称中心的距离为eq \f(π,4),将f(x)的图象向右平移eq \f(π,6)个单位长度得到函数g(x)的图象.若函数g(x)的图象在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4)))上单调递增,则φ的取值范围为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,2))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(5π,6)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(2π,3))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(3π,4)))
答案 B
解析 设最小正周期为T,由题意,知eq \f(T,4)=eq \f(π,4),
∴T=π=eq \f(2π,ω),∴ω=2,
∴f(x)=cs(2x+φ),
∵将f(x)的图象向右平移eq \f(π,6)个单位长度得到函数g(x)的图象,
∴g(x)=cseq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))+φ))=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+φ-\f(π,3))),
由2kπ-π≤2x+φ-eq \f(π,3)≤2kπ,k∈Z,
得kπ-eq \f(π,3)-eq \f(φ,2)≤x≤kπ+eq \f(π,6)-eq \f(φ,2),k∈Z,
即g(x)的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,3)-\f(φ,2),kπ+\f(π,6)-\f(φ,2))),k∈Z,
∴eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4)))⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,3)-\f(φ,2),kπ+\f(π,6)-\f(φ,2))),k∈Z,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,3)-\f(φ,2)≤\f(π,2),,kπ+\f(π,6)-\f(φ,2)≥\f(3π,4),))k∈Z,
∴2kπ-eq \f(5π,3)≤φ≤2kπ-eq \f(7π,6),k∈Z,
∵0<φ<π,∴eq \f(π,3)≤φ≤eq \f(5π,6).
跟踪训练2 (1)(2023·大庆模拟)已知函数f(x)=2cs(2x+φ)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4)))上单调递减,且其图象过点(0,1),则φ的值可能为( )
A.-eq \f(π,3) B.-eq \f(π,6) C.eq \f(π,6) D.eq \f(π,3)
答案 D
解析 由0
可得φ≥2kπ且eq \f(π,2)+φ≤π+2kπ,k∈Z,
解得2kπ≤φ≤eq \f(π,2)+2kπ,k∈Z,
又由函数f(x)的图象过点(0,1),可得2cs φ=1,即cs φ=eq \f(1,2),
解得φ=eq \f(π,3)+2kπ,k∈Z或φ=-eq \f(π,3)+2kπ,k∈Z,
当k=0时,可得φ=eq \f(π,3),所以φ的值可能为eq \f(π,3).
(2)已知函数f(x)=sin ωx+2cs2eq \f(ωx,2)(ω>0)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4)))上单调递增,则ω的取值范围是( )
A.(0,4] B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(2,3)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(8,3),4))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5,2),3)) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,3)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5,2),3))
答案 D
解析 f(x)=sin ωx+2cs2eq \f(ωx,2)
=sin ωx+cs ωx+1=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,4)))+1,
因为x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4))),
所以ωx+eq \f(π,4)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)ω+\f(π,4),\f(3π,4)ω+\f(π,4))),
因为函数f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,4)))上单调递增,
所以函数y=sin x在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)ω+\f(π,4),\f(3π,4)ω+\f(π,4)))上单调递增,且eq \f(3π,4)-eq \f(π,2)≤eq \f(1,2)T=eq \f(π,ω),即0<ω≤4.
因为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)ω+\f(π,4),\f(3π,4)ω+\f(π,4)))⊆eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(13π,4))),
所以函数y=sin x在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)ω+\f(π,4),\f(3π,4)ω+\f(π,4)))上单调递增,
等价于eq \f(3π,4)ω+eq \f(π,4)≤eq \f(π,2)或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(3π,4)ω+\f(π,4)≤\f(5π,2),,\f(π,2)ω+\f(π,4)≥\f(3π,2),))
所以解不等式得0<ω≤eq \f(1,3)或eq \f(5,2)≤ω≤3,
所以ω的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,3)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5,2),3)).
考点三 零点与ω,φ的取值范围
典例3 (1)(2023·新高考全国Ⅰ)已知函数f(x)=cs 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________.
答案 [2,3)
解析 因为0≤x≤2π,
所以0≤ωx≤2ωπ,
令f(x)=cs ωx-1=0,
则cs ωx=1有3个根,
令t=ωx,则cs t=1有3个根,其中t∈[0,2ωπ],
结合余弦函数y=cs t的图象性质可得4π≤2ωπ<6π,
故2≤ω<3.
(2)(2023·银川模拟)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,2))),将函数f(x)的图象先向右平移φ(0<φ≤π)个单位长度,再将所得函数图象上所有点的纵坐标保持不变,横坐标变为原来的eq \f(1,2)倍,得到函数g(x)的图象,若函数g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(π,2)))上没有零点,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4))) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))) C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(π,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))
答案 D
解析 f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,2)))=cs x,
将函数f(x)的图象先向右平移φ(0<φ≤π)个单位长度,可得y=cs(x-φ)的图象,
再将所得函数图象上所有点的纵坐标保持不变,横坐标变为原来的eq \f(1,2)倍,得到y=cs(2x-φ)的图象,
即g(x)=cs(2x-φ).
由x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(π,2))),
设t=2x-φ∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-φ,π-φ)),0<φ≤π,
则-eq \f(π,2)≤eq \f(π,2)-φ
所以0≤π-φ≤eq \f(π,2),解得φ≥eq \f(π,2),所以eq \f(π,2)≤φ≤π.
跟踪训练3 (1)(2022·全国甲卷)设函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,3)))在区间(0,π)上恰有三个极值点、两个零点,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,3),\f(13,6))) B.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,3),\f(19,6)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(13,6),\f(8,3))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(13,6),\f(19,6)))
答案 C
解析 由题意可得ω>0,故由x∈(0,π),得ωx+eq \f(π,3)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),πω+\f(π,3))).
根据函数f(x)在区间(0,π)上恰有三个极值点,知eq \f(5π,2)<πω+eq \f(π,3)≤eq \f(7π,2),得eq \f(13,6)<ω≤eq \f(19,6).
根据函数f(x)在区间(0,π)上恰有两个零点,知2π<πω+eq \f(π,3)≤3π,得eq \f(5,3)<ω≤eq \f(8,3).
综上,ω的取值范围为eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(13,6),\f(8,3))).
(2)(2023·天津模拟)设函数f(x)=2eq \r(3)sin(ωx+φ)-eq \r(3)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,0≤φ≤\f(π,2)))的最小正周期为4π,且f(x)在[0,5π]内恰有3个零点,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))∪eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(5π,12))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))∪eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\f(5π,12)))
答案 C
解析 因为T=eq \f(2π,ω)=4π,所以ω=eq \f(1,2),所以f(x)=2eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+φ))-eq \r(3).
令f(x)=2eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+φ))-eq \r(3)=0,得sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+φ))=eq \f(1,2).
当x∈[0,5π]时,eq \f(1,2)x+φ∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(φ,φ+\f(5π,2))).
又0≤φ≤eq \f(π,2),所以eq \f(5π,2)≤φ+eq \f(5π,2)≤3π.
因为y=sin x-eq \f(1,2)在[0,3π]上的零点为eq \f(π,6),eq \f(5π,6),eq \f(13π,6),eq \f(17π,6),且f(x)在[0,5π]内恰有3个零点,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(0≤φ≤\f(π,6),,\f(13π,6)≤φ+\f(5π,2)<\f(17π,6)))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(π,6)<φ≤\f(π,2),,\f(17π,6)≤φ+\f(5π,2)≤3π,))
解得φ∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2))).
[总结提升]
求ω,φ题型多为复杂题,大多数是代入点的坐标,利用一些已知点(最高点、最低点或“零点”)坐标代入解析式,或者利用图象的变换,或者利用函数的单调区间、对称性、最值、零点、极值点等性质,再结合图形解出ω,φ的值或取值范围.
1.函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3)))向右平移φ(0≤φ≤π)个单位长度后得到函数g(x)的图象,若g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,6)))上单调递增,则φ的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(2π,3)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(2π,3))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,4)))
答案 D
解析 把函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3)))向右平移φ(0≤φ≤π)个单位长度后得到函数g(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-2φ+\f(π,3)))的图象,
若g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,6)))上单调递增,且0≤φ≤π,
则-eq \f(π,3)-2φ+eq \f(π,3)≥-eq \f(π,2),且eq \f(π,3)-2φ+eq \f(π,3)≤eq \f(π,2),
解得eq \f(π,12)≤φ≤eq \f(π,4).
2.已知x1,x2是函数f(x)=tan(ωx-φ)(ω>0,0<φ<π)的两个零点,且eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(x1-x2))的最小值为eq \f(π,3),若将函数f(x)的图象向左平移eq \f(π,12)个单位长度后得到的图象关于原点对称,则φ的最大值为( )
A.eq \f(3π,4) B.eq \f(π,4) C.eq \f(7π,8) D.eq \f(π,8)
答案 A
解析 因为x1,x2是函数f(x)=tan(ωx-φ)(ω>0,0<φ<π)的两个零点,且eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(x1-x2))的最小值为eq \f(π,3),
所以函数f(x)的最小正周期T=eq \f(π,3),
因此eq \f(π,ω)=eq \f(π,3),解得ω=3,
所以f(x)=tan(3x-φ).
又因为将函数f(x)的图象向左平移eq \f(π,12)个单位长度得到y=taneq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(3\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,12)))-φ))=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(3x+\f(π,4)-φ))的图象,
而该图象关于原点对称,
所以eq \f(π,4)-φ=eq \f(kπ,2)(k∈Z),
因此φ=eq \f(π,4)-eq \f(kπ,2)(k∈Z).
又0<φ<π,
所以当k=-1时,φ取得最大值,最大值为eq \f(3π,4).
3.(2023·乌鲁木齐模拟)已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,0<φ<\f(π,2)))的图象过点(0,1),且在区间(π,2π)内不存在最值,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(7,12)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(7,12))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(2,3)))
答案 D
解析 ∵函数f(x)=2sin(ωx+φ)的图象过点(0,1),
∴f(0)=2sin φ=1,即sin φ=eq \f(1,2),
又0<φ
令ωx+eq \f(π,6)=eq \f(π,2)+kπ,k∈Z,
即x=eq \f(π,3ω)+eq \f(kπ,ω),k∈Z,
∴当x=eq \f(π,3ω)+eq \f(kπ,ω),k∈Z时,
函数f(x)=2sin(ωx+φ)取最值,
∵f(x)在区间(π,2π)内不存在最值,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(π,3ω)+\f(kπ,ω)≤π,,\f(π,3ω)+\f(k+1π,ω)≥2π,))k∈Z,
解得eq \f(1,3)+k≤ω≤eq \f(2,3)+eq \f(k,2),k∈Z,
当k<-1时,ω不存在;
当k=-1时,-eq \f(2,3)≤ω≤eq \f(1,6);
又ω>0,∴0<ω≤eq \f(1,6);
当k=0时,eq \f(1,3)≤ω≤eq \f(2,3);
当k>0时,ω不存在,
综上可得ω的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(1,6)))∪eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(2,3))).
4.(2023·重庆模拟)函数f(x)=(2cs ωx-1)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,4))),ω>0在(0,3π)上有6个零点,则ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3,4),\f(13,12))) B.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(7,9),\f(13,12)))
C.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3,4),\f(11,9))) D.eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(7,9),\f(11,9)))
答案 B
解析 f(x)=(2cs ωx-1)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,4)))=0得2cs ωx-1=0或sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,4)))=0,
解得ωx=eq \f(π,3)+2kπ,k∈Z或ωx=-eq \f(π,3)+2kπ,k∈Z或ωx=eq \f(π,4)+kπ,k∈Z,
即x=eq \f(π,3ω)+eq \f(2kπ,ω),k∈Z或x=-eq \f(π,3ω)+eq \f(2kπ,ω),k∈Z或x=eq \f(π,4ω)+eq \f(kπ,ω),k∈Z,
因为ω>0,函数f(x)在(0,+∞)上的7个零点依次为eq \f(π,4ω),eq \f(π,3ω),eq \f(5π,4ω),eq \f(5π,3ω),eq \f(9π,4ω),eq \f(7π,3ω),eq \f(13π,4ω),
由于f(x)在(0,3π)上有6个零点,
所以eq \f(7π,3ω)<3π≤eq \f(13π,4ω),
解得eq \f(7,9)<ω≤eq \f(13,12),
则ω的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(7,9),\f(13,12))).
5.(多选)设函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,5)))(ω>0),已知f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,2π))上有且仅有5个零点,下列四个结论正确的是( )
A.f(x)在(0,2π)上有且仅有3个极大值点
B.f(x)在(0,2π)上有且仅有2个极小值点
C.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,10)))上单调递增
D.ω的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(12,5),\f(29,10)))
答案 ACD
解析 f(x)在(0,2π)上有且仅有3个极大值点,分别对应ωx+eq \f(π,5)=eq \f(π,2),eq \f(5π,2),eq \f(9π,2),故A正确;
f(x)在(0,2π)上有2个或3个极小值点,分别对应ωx+eq \f(π,5)=eq \f(3π,2),eq \f(7π,2)和ωx+eq \f(π,5)=eq \f(3π,2),eq \f(7π,2),eq \f(11π,2),故B不正确;
因为当x∈[0,2π]时,eq \f(π,5)≤ωx+eq \f(π,5)≤2ωπ+eq \f(π,5),
由f(x)在[0,2π]上有且仅有5个零点,得5π≤2ωπ+eq \f(π,5)<6π,
解得ω∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(12,5),\f(29,10))),故D正确;
由ω∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(12,5),\f(29,10))),得eq \f(π,10)ω+eq \f(π,5)∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(11π,25),\f(49π,100))),则eq \f(49π,100)
6.(多选)(2023·武汉统考)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(其中ω>0,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(φ))<\f(π,2))),T为f(x)图象的最小正周期,满足f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,ω)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(T,3))),且f(x)在(0,π)上恰有两个极值点,则有( )
A.φ=-eq \f(π,6)
B.函数y=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3ω)))为奇函数
C.eq \f(11,6)<ω≤eq \f(17,6)
D.若ω∈N*,则直线y=x-eq \f(\r(3),2)为f(x)图象的一条切线
答案 BCD
解析 因为f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,ω)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(T,3))),T=eq \f(2π,ω),
所以sin(π+φ)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,3)+φ)),
则π+φ=eq \f(2π,3)+φ+2kπ(不符合题意,舍去)或π+φ+eq \f(2π,3)+φ=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,2))),
故φ=kπ-eq \f(π,3),又eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(φ))
y=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3ω)))=sin ωx,而sin(-ωx)+sin(ωx)=0,所以是奇函数,故B正确;
由f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,3)))在(0,π)上恰有两个极值点,根据正弦函数的图象及性质可得eq \f(3π,2)<ωπ-eq \f(π,3)≤eq \f(5π,2),解得eq \f(11,6)<ω≤eq \f(17,6),故C正确;
当ω∈N*时,由上可得ω=2,即f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3))),
则f′(x)=2cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3))),
当x=0时,f′(0)=1,f(0)=-eq \f(\r(3),2),
则y=x-eq \f(\r(3),2)是f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))的一条切线,故D正确.
7.(2023·南通模拟)若函数f(x)=sin(x+φ)+cs x(0<φ<π)的最大值为2,则常数φ的值为________.
答案 eq \f(π,2)
解析 因为f(x)=cs φsin x+(sin φ+1)cs x=eq \r(cs2φ+sin φ+12)sin(x+θ),
所以eq \r(cs2φ+sin φ+12)=2,解得sin φ=1,
因为0<φ<π,所以φ=eq \f(π,2).
8.(2023·成都模拟)定义在R上的函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,3)))(ω>0)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,6)))上恰有两个零点和一个极值点,则ω的取值范围是________________.
答案 eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(4,5))
解析 设函数f(x)的最小正周期为T,
由正弦型函数可知,两个零点之间必存在极值点,两个极值点之间必存在零点,
则eq \f(π,6)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6)))=eq \f(π,3)≤T,
则T=eq \f(2π,|ω|)≥eq \f(π,3),
注意到ω>0,解得0<ω≤6,
因为x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,6))),
则-eq \f(2π,3)≤-eq \f(π,6)ω+eq \f(π,3)<ωx+eq \f(π,3)
解得4<ω≤5,
故ω的取值范围为eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(4,5)).
9.(2023·安徽安庆示范高中联考)已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω≠0,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(φ))<\f(π,2)))的图象经过点(0,eq \r(3)),若函数f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))上既有最大值,又有最小值,而且取得最大值、最小值时的自变量x的值分别只有一个,则实数ω的取值范围是________________.
答案 eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(17,2),-5))∪eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(13,2)))
解析 由条件知2sin φ=eq \r(3),
于是sin φ=eq \f(\r(3),2),
又eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(φ))
则eq \f(2π,3)≤eq \f(π,3)ω+eq \f(π,3)
综上,实数ω的取值范围是eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(17,2),-5))∪eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(13,2))).
10.(2023·洛阳统考)先将函数f(x)=cs x的图象向左平移eq \f(2π,3)个单位长度,再将所得图象上所有点的横坐标变为原来的eq \f(1,ω)(ω>0)倍,纵坐标不变,所得图象与函数g(x)的图象关于x轴对称,若函数g(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(2π,3)))上恰有两个零点,且在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,12)))上单调递增,则ω的取值范围是________________.
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(11,4),4))
解析 函数f(x)的图象向左平移eq \f(2π,3)个单位长度,得到y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(2π,3)))的图象,
再将图象上所有点的横坐标变为原来的eq \f(1,ω)(ω>0)倍,纵坐标不变,得到y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(2π,3)))的图象,
因为函数g(x)的图象与y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(2π,3)))的图象关于x轴对称,
所以g(x)=-cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(2π,3)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(2π,3)-\f(π,2)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6))),
因为0≤x≤eq \f(2π,3),
所以eq \f(π,6)≤ωx+eq \f(π,6)≤eq \f(2ωπ,3)+eq \f(π,6),
又因为g(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(2π,3)))上恰有两个零点,且sin kπ=0,k∈Z,
所以2π≤eq \f(2ωπ,3)+eq \f(π,6)<3π,
解得eq \f(11,4)≤ω
得-eq \f(2π,3ω)+eq \f(2k1π,ω)≤x≤eq \f(π,3ω)+eq \f(2k1π,ω),k1∈Z,
令k1=0,得g(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(2π,3ω),\f(π,3ω)))上单调递增,
所以eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,12)))⊆eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(2π,3ω),\f(π,3ω))),
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-\f(2π,3ω)≤-\f(π,12),,\f(π,3ω)≥\f(π,12),))
又ω>0,解得0<ω≤4.
综上所述,eq \f(11,4)≤ω≤4,
故ω的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(11,4),4))
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