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2019版二轮复习数学(理·普通生)通用版讲义:第一部分第二层级重点增分专题四 三角函数的图象与性质
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重点增分专题四 三角函数的图象与性质
[全国卷3年考情分析]
年份
全国卷Ⅰ
全国卷Ⅱ
全国卷Ⅲ
2018
三角函数的最值及导数·T16
三角函数单调性的应用·T10
三角函数的零点问题·T15
2017
三角函数的图象变换·T9
三角函数的最值·T14
余弦函数的图象与性质·T6
2016
三角函数的图象变换与对称性·T7
三角函数的图象变换·T14
(1)高考命题的热点主要集中于三角函数的定义、图象与性质,主要考查图象的变换,函数的单调性、奇偶性、周期性、对称性及最值,并常与三角恒等变换交汇命题.
(2)高考对此部分内容主要以选择题、填空题的形式考查,难度为中等偏下,大多出现在第6~12或14~16题位置上.
三角函数的定义、诱导公式及基本关系
[大稳定]
1.在平面直角坐标系中,以x轴的非负半轴为角的始边,角α,β的终边分别与单位圆交于点和,则sin(α+β)=( )
A.- B.
C.- D.
解析:选D 因为角α,β的终边分别与单位圆交于点和,所以sin α=,cos α=,sin β=,cos β=-,所以sin(α+β)=sin αcos β+cos αsin β=×+×=.
2.若tan α=,则sin4α-cos4α的值为( )
A.- B.-
C. D.
解析:选B ∵tan α=,
∴sin4α-cos4α=(sin2α+cos2α)(sin2α-cos2α)
=sin2α-cos2α=
==-.
3.设函数f(x)(x∈R)满足f(x+π)=f(x)+sin x.当0≤x<π时,f(x)=0,则f=( )
A. B.
C.0 D.-
解析:选A 由已知,得f=f+sin
=f+sin +sin
=f+sin +sin +sin
=f+sin +sin+sin
=0+++=.
[解题方略]
1.同角三角函数基本关系式的应用技巧
知弦求弦
利用诱导公式及平方关系sin2α+cos2α=1求解
知弦求切
常通过平方关系、对称式sin α+cos α,sin α-cos α,sin αcos α建立联系,注意tan α=的灵活应用
知切求弦
通常先利用商数关系转化为sin α=tan α·cos α的形式,然后用平方关系求解
和积转换法
如利用(sin θ±cos θ)2=1±2sin θcos θ的关系进行变形、转化
巧用“1”
的变换
1=sin2θ+cos2θ=cos2θ(1+tan2θ)=sin2θ
2.利用诱导公式进行化简求值的步骤
利用公式化任意角的三角函数为锐角三角函数,其步骤:去负-脱周-化锐.特别注意函数名称和符号的确定.(注意“奇变偶不变,符号看象限”)
[小创新]
1.设an=sin,Sn=a1+a2+…+an,在S1,S2,…,S100中,正数的个数是( )
A.25 B.50
C.75 D.100
解析:选D 当1≤n≤24时,an>0,当26≤n≤49时,an<0,但其绝对值要小于1≤n≤24时相应的值;当51≤n≤74时,an>0;当76≤n≤99时,an<0,但其绝对值要小于51≤n≤74时相应的值.故当1≤n≤100时,均有Sn>0.
2.某一算法程序框图如图所示,则输出的S的值为( )
A. B.-
C. D.0
解析:选A 由已知程序框图可知,该程序的功能是计算S=sin +sin +sin +…+sin的值.
因为sin =,sin =sin=sin =,sin =sin π=0,
sin =sin=-sin =-,
sin =sin=-sin =-,
sin =sin 2π=0,而sin =sin=sin ,
sin =sin=sin ,sin =sin(2π+π)=sin π,所以函数值呈周期性变化,周期为6,且sin +sin +sin +sin +sin +sin =0.
而2 017=6×336+1,所以输出的S=336×0+sin =.故选A.
3.《九章算术》是我国古代数学成就的杰出代表作,其中《方田》章给出计算弧田面积所用的经验公式为:弧田面积=(弦×矢+矢2),弧田(如图)由圆弧和其所对弦所围成,公式中“弦”指圆弧所对弦长,“矢”等于半径长与圆心到弦的距离之差.现有圆心角为,半径等于4 m的弧田,按照上述经验公式计算所得弧田面积约是( )
A.6 m2 B.9 m2
C.12 m2 D.15 m2
解析:选B 如图,由题意可得∠AOB=,OA=4,
在Rt△AOD中,可得∠AOD=,∠DAO=,OD=AO=×4=2,
于是矢=4-2=2.
由AD=AO·sin =4×=2,
可得弦长AB=2AD=2×2=4.
所以弧田面积=(弦×矢+矢2)=×(4×2+22)=4+2≈9(m2).故选B.
题型一 由“图”定“式”
[例1] (1)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π),其部分图象如图所示,则函数f(x)的解析式为( )
A.f(x)=2sin
B.f(x)=2sin
C.f(x)=2sin
D.f(x)=2sin
(2)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的图象与x轴的一个交点到其相邻的一条对称轴的距离为,若f=,则函数f(x)在上的最小值为( )
A. B.-
C.- D.-
[解析] (1)由题图可知,函数图象上两个相邻的最值点分别为最高点,最低点,
所以函数的最大值为2,即A=2.
由图象可得,x=-,x=为相邻的两条对称轴,
所以函数的周期T=2×=4π,
故=4π,解得ω=.
所以f(x)=2sin.
把点代入可得2sin=2,
即sin=1,
所以φ-=2kπ+(k∈Z),
解得φ=2kπ+(k∈Z).
又0<φ<π,所以φ=.
所以f(x)=2sin,故选B.
(2)由题意得,函数f(x)的最小正周期T=4×=π=,解得ω=2.
因为点在函数f(x)的图象上,
所以Asin=0,
解得φ=kπ+,k∈Z,由0<φ<π,可得φ=.
因为f=,所以Asin=,
解得A=,所以f(x)=sin.
当x∈时,2x+∈,
∴sin∈,
∴f(x)的最小值为-.
[答案] (1)B (2)C
[解题方略] 由“图”定“式”找“对应”的方法
由三角函数的图象求解析式y=Asin(ωx+φ)+B(A>0,ω>0)中参数的值,关键是把握函数图象的特征与参数之间的对应关系,其基本依据就是“五点法”作图.
(1)最值定A,B:根据给定的函数图象确定最值,设最大值为M,最小值为m,则M=A+B,m=-A+B,解得B=,A=.
(2)T定ω:由周期的求解公式T=,可得ω=.
(3)点坐标定φ:一般运用代入法求解φ值,注意在确定φ值时,往往以寻找“五点法”中的某一个点为突破口,即“峰点”“谷点”与三个“中心点”.
题型二 三角函数的图象变换
[例2] (1)(2019届高三·湘东五校联考)将函数f(x)=sin的图象上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,所得图象的一条对称轴的方程可能是( )
A.x=- B.x=
C.x= D.x=
(2)(2018·郑州第一次质量测试)若将函数f(x)=3sin(2x+φ)(0<φ<π)图象上的每一个点都向左平移个单位长度,得到g(x)的图象,若函数g(x)是奇函数,则函数g(x)的单调递增区间为( )
A.(k∈Z)
B.(k∈Z)
C.(k∈Z)
D.(k∈Z)
[解析] (1)依题意知,将函数f(x)=sin的图象上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,得函数g(x)=sin的图象.令x+=+kπ,k∈Z,得x=2kπ+,
k∈Z,当k=0时,所得函数图象的一条对称轴的方程为x=,故选D.
(2)由题意知g(x)=3sin=3sin,因为g(x)是奇函数,所以+φ=kπ(k∈Z),即φ=-+kπ(k∈Z),又0<φ<π,所以φ=,所以g(x)=3sin(2x+π)= -3sin 2x,由+2kπ≤2x≤+2kπ(k∈Z),解得kπ+≤x≤kπ+(k∈Z),所以函数g(x)的单调递增区间为(k∈Z).故选A.
[答案] (1)D (2)A
[解题方略] 关于三角函数的图象变换的方法
沿x轴
沿y轴
平移变换
由y=f(x)变为y=f(x+φ)时,“左加右减”,即φ>0,左移;φ<0,右移
由y=f(x)变为y=f(x)+k时,“上加下减”,即k>0,上移;k<0,下移
伸缩变换
由y=f(x)变为y=f(ωx)时,点的纵坐标不变,横坐标变为原来的倍
由y=f(x)变为y=Af(x)时,点的横坐标不变,纵坐标变为原来的|A|倍
增分考点·讲练冲关
[典例] (1)(2018·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=2cos2x-sin2x+2,则( )
A.f(x)的最小正周期为π,最大值为3
B.f(x)的最小正周期为π,最大值为4
C.f(x)的最小正周期为2π,最大值为3
D.f(x)的最小正周期为2π,最大值为4
(2)设函数f(x)=cos(x+φ)(-π<φ<0).若f(x)+f′(x)是偶函数,则φ等于( )
A. B.-
C. D.-
(3)(2018·昆明调研)已知函数f(x)=sin ωx的图象关于点对称,且f(x)在上为增函数,则ω=( )
A. B.3
C. D.6
(4)(2018·全国卷Ⅱ)若f(x)=cos x-sin x在[0,a]是减函数,则a的最大值是( )
A. B.
C. D.π
[解析] (1)∵f(x)=2cos2x-sin2x+2=1+cos 2x-+2=cos 2x+,∴f(x)的最小正周期为π,最大值为4.故选B.
(2)f(x)+f′(x)=cos(x+φ)-sin(x+φ)=2cos.根据诱导公式,要使f(x)+f′(x)为偶函数,则φ+=kπ(k∈Z),
所以k=0时,φ=-,故选B.
(3)因为函数f(x)=sin ωx的图象关于对称,
所以π=kπ(k∈Z),即ω=k(k∈Z).①
又函数f(x)=sin ωx在区间上是增函数,
所以≤且ω>0,所以0<ω≤2.②
由①②得ω=,故选A.
(4)法一:∵f(x)=cos x-sin x=-sin x-,
∴当x-∈,即x∈时,
y=sin单调递增,
f(x)=-sin单调递减,
∴是f(x)在原点附近的单调减区间,
结合条件得[0,a]⊆,
∴a≤,即amax=.故选C.
法二:f′(x)=-sin x-cos x=-sin.
于是,由题设得f′(x)≤0,即sin≥0在区间[0,a]上恒成立.
当x∈[0,a]时,x+∈,
所以a+≤π,即a≤,
故所求a的最大值是.故选C.
[答案] (1)B (2)B (3)A (4)C
[解题方略]
1.求三角函数单调区间的方法
(1)代换法:求形如y=Asin(ωx+φ)(或y=Acos(ωx+φ))(A,ω,φ为常数,A≠0,ω>0)的单调区间时,令ωx+φ=z,得y=Asin z(或y=Acos z),然后由复合函数的单调性求得.
(2)图象法:画出三角函数的图象,结合图象求其单调区间.
2.判断对称中心与对称轴的方法
利用函数y=Asin(ωx+φ)的对称轴一定经过图象的最高点或最低点,对称中心一定是函数的零点这一性质,通过检验f(x0)的值进行判断.
3.求三角函数周期的常用结论
(1)y=Asin(ωx+φ)和y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为,y=tan(ωx+φ)的最小 正周期为.
(2)正弦曲线、余弦曲线相邻两对称中心、相邻两对称轴之间的距离是个周期,相邻的对称中心与对称轴之间的距离是个周期;正切曲线相邻两对称中心之间的距离是个周期.
[多练强化]
1.若函数f(x)=sin(2x+θ)+cos(2x+θ)(0<θ<π)的图象关于中心对称,则函数f(x)在上的最小值是( )
A.-1 B.-
C.- D.-
解析:选B f(x)=2sin,又图象关于中心对称,
所以2×+θ+=kπ(k∈Z),
所以θ=kπ-(k∈Z),又0<θ<π,所以θ=,
所以f(x)=-2sin 2x,因为x∈,
所以2x∈,f(x)∈[-,2],
所以f(x)的最小值是-.
2.(2018·济南模拟)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)+cos(ωx+φ)的最小正周期为π,且f=f(x),则( )
A.f(x)在上单调递减
B.f(x)在上单调递增
C.f(x)在上单调递增
D.f(x)在上单调递减
解析:选D 因为f(x)=sin(ωx+φ)+cos(ωx+φ)=2sin的最小正周期为π,所以=π,所以ω=2.因为f=f(x),所以直线x=是f(x)图象的一条对称轴,所以2×+φ+=+kπ,k∈Z,所以φ=-+kπ,k∈Z,因为|φ|<,所以φ=-,所以f(x)=2sin.当x∈时,2x+∈,f(x)先增后减,当x∈时,2x+∈,f(x)单调递减.故选D.
3.(2018·北京高考)已知函数f(x)=sin2x+sin xcos x.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)若f(x)在区间上的最大值为,求m的最小值.
解:(1)f(x)=sin2x+sin xcos x
=-cos 2x+sin 2x
=sin+,
所以f(x)的最小正周期为T==π.
(2)由(1)知f(x)=sin+.
由题意知-≤x≤m,
所以-≤2x-≤2m-.
要使f(x)在区间上的最大值为,
即sin在区间上的最大值为1.
所以2m-≥,即m≥.
所以m的最小值为.
三角函数图象与性质的综合应用
[典例] 已知函数f(x)=2sin ωxcos ωx+2sin2ωx-(ω>0)的最小正周期为π.
(1)求函数f(x)的单调递增区间;
(2)将函数f(x)的图象向左平移个单位长度,再向上平移1个单位长度,得到函数y=g(x)的图象,若y=g(x)在[0,b](b>0)上至少含有10个零点,求b的最小值.
[解] (1)f(x)=2sin ωxcos ωx+(2sin2ωx-1)
=sin 2ωx-cos 2ωx=2sin.
由最小正周期为π,得ω=1,
所以f(x)=2sin,
由2kπ-≤2x-≤2kπ+,k∈Z,
得kπ-≤x≤kπ+,k∈Z,
所以函数f(x)的单调递增区间是,k∈Z.
(2)将函数f(x)的图象向左平移个单位,再向上平移1个单位,得到y=2sin 2x+1的图象,
所以g(x)=2sin 2x+1.
令g(x)=0,得x=kπ+或x=kπ+(k∈Z),
所以在[0,π]上恰好有两个零点,若y=g(x)在[0,b]上有10个零点,则b不小于第10个零点的横坐标即可.
所以b的最小值为4π+=.
[解题方略]
解决三角函数图象与性质综合问题的思路
(1)先借助三角恒等变换及相应三角函数公式把待求函数化成y=Asin(ωx+φ)+B(一角一函数)的形式;
(2)把“ωx+φ”视为一个整体,借助复合函数性质求y=Asin(ωx+φ)+B的单调性、奇偶性、最值、对称性等问题.
[多练强化]
(2017·山东高考)设函数f(x)=sin+sin,其中0<ω<3.已知f=0.
(1)求ω;
(2)将函数y=f(x)的图象上各点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),再将得到的图象向左平移个单位,得到函数y=g(x)的图象,求g(x)在上的最小值.
解:(1)因为f(x)=sin+sin,
所以f(x)=sin ωx-cos ωx-cos ωx
=sin ωx-cos ωx
=
=sin.
因为f=0,
所以-=kπ,k∈Z.
故ω=6k+2,k∈Z.
又0<ω<3,所以ω=2.
(2)由(1)得f(x)=sin,
所以g(x)=sin=sin.
因为x∈,所以x-∈,
当x-=-,即x=-时,g(x)取得最小值-.
直观想象——数形结合法在三角函数图象问题中的应用
[典例] 函数f(x)=sin(ωx+φ)ω>0,|φ|<的图象如图所示,为了得到g(x)=cos的图象,则只需将f(x)的图象( )
A.向左平移个单位长度
B.向右平移个单位长度
C.向左平移个单位长度
D.向右平移个单位长度
[解析] 根据函数f(x)=sin(ωx+φ)的部分图象知,=-=,∴T=π,即=π,解得ω=2.根据“五点作图法”并结合|φ|<,可知2×+φ=π,解得φ=,∴f(x)=sin.∴g(x)=cos=sin+=sin.故为了得到g(x)的图象,只需将f(x)的图象向左平移个单位长度即可.
[答案] A
[素养通路]
本题利用图形描述数学问题,通过对图形的理解,由图象建立形与数的联系,确定函数的周期,根据“五点作图法”代入数据求参数.考查了直观想象这一核心素养.
A组——“6+3+3”考点落实练
一、选择题
1.(2018·全国卷Ⅲ)函数f(x)=的最小正周期为( )
A. B.
C.π D.2π
解析:选C 由已知得f(x)====sin x·cos x=sin 2x,所以f(x)的最小正周期为T==π.
2.(2018·贵阳第一学期检测)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)ω>0,-<φ<的部分图象如图所示,则φ的值为( )
A.- B.
C.- D.
解析:选B 由题意,得=+=,所以T=π,由T=,得ω=2,由图可知A=1,所以f(x)=sin(2x+φ).又f=sin=0,-<φ<,所以φ=.
3.(2019届高三·西安八校联考)已知函数f(x)=cos(x+θ)(0<θ<π)在x=时取得最小值,则f(x)在[0,π]上的单调递增区间是( )
A. B.
C. D.
解析:选A 因为0<θ<π,所以<+θ<,
又f(x)=cos(x+θ)在x=时取得最小值,
所以+θ=π,θ=,所以f(x)=cos.
由0≤x≤π,得≤x+≤.
由π≤x+≤,得≤x≤π,
所以f(x)在[0,π]上的单调递增区间是,故选A.
4.函数f(x)=sin的图象与函数g(x)的图象关于x=对称,则g(x)具有的性质是( )
A.最大值为1,图象关于直线x=对称
B.在上单调递减,为奇函数
C.在上单调递增,为偶函数
D.周期为π,图象关于点对称
解析:选B 由题意得,g(x)=sin=sin(-2x)=-sin 2x,最大值为1,而g=0,图象不关于直线x=对称,故A错误;当x∈时,2x∈,满足单调递减,显然g(x)也是奇函数,故B正确,C错误;周期T==π,g=-,故图象不关于点对称,故D错误.
5.(2019届高三·安徽知名示范高中联考)先将函数y=2sin+1的图象向左平移个最小正周期的单位长度,再向下平移1个单位长度后,所得图象对应的函数是( )
A.奇函数 B.偶函数
C.非奇非偶函数 D.不能确定
解析:选B 因为函数y=2sin+1,所以其最小正周期T=π,所以将函数图象向左平移个单位长度,所得的图象对应的函数解析式为y=2sin+1=2sin+1=2sin+1=2cos 2x+1,再将图象向下平移1个单位长度后所得的图象对应的函数解析式为y=2cos 2x,该函数为偶函数,故选B.
6.(2018·广州高中综合测试)已知函数f(x)=sinωx+(ω>0)在区间上单调递增,则ω的取值范围为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 法一:因为x∈,所以ωx+∈,
因为函数f(x)=sin(ω>0)在区间上单调递增,
所以
即
又ω>0,所以0<ω≤,选B.
法二:取ω=1,f=sin=-sin <0,f=sin=sin =1,f=sin=sin =,不满足题意,排除A、C、D,选B.
二、填空题
7.(2018·惠州调研)已知tan α=,且α∈,则cos=____________.
解析:法一:cos=sin α,由α∈知α为第三象限角,
联立得5sin2α=1,故sin α=-.
法二:cos=sin α,由α∈知α为第三象限角,由tan α=,可知点(-2,-1)为α终边上一点,由任意角的三角函数公式可得sin α=-.
答案:-
8.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)的图象在y轴右侧的第一个最高点为P,在原点右侧与x轴的第一个交点为Q,则f的值为______.
解析:由题意得=-=,所以T=π,所以ω=2,
将点P代入f(x)=sin(2x+φ),
得sin=1,所以φ=+2kπ(k∈Z).
又|φ|<,所以φ=,即f(x)=sin(x∈R),所以f=sin=-.
答案:-
9.已知函数f(x)=cos,其中x∈,m,若f(x)的值域是,则m的最大值是________.
解析:由x∈,可知≤3x+≤3m+,
∵f=cos =-,且f=cos π=-1,
∴要使f(x)的值域是,
需要π≤3m+≤,即≤m≤,
即m的最大值是.
答案:
三、解答题
10.(2018·石家庄模拟)函数f(x)=Asinωx-+1(A>0,ω>0)的最小值为-1,其图象相邻两个最高点之间的距离为π.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)设α∈,f=2,求α的值.
解:(1)∵函数f(x)的最小值为-1,
∴-A+1=-1,即A=2.
∵函数f(x)的图象的相邻两个最高点之间的距离为π,
∴函数f(x)的最小正周期T=π,
∴ω=2,故函数f(x)的解析式为
f(x)=2sin+1.
(2)∵f=2sin+1=2,
∴sin=.
∵0<α<,∴-<α-<,
∴α-=,得α=.
11.已知m=,n=(cos x,1).
(1)若m∥n,求tan x的值;
(2)若函数f(x)=m·n,x∈[0,π],求f(x)的单调递增区间.
解:(1)由m∥n得,sin-cos x=0,展开变形可得,sin x=cos x,即tan x=.
(2)f(x)=m·n=sincos x+1
=sin xcos x-cos2x+1
=sin 2x-+1
=+
=sin+,
由-+2kπ≤2x-≤+2kπ,k∈Z,
得-+kπ≤x≤+kπ,k∈Z.
又x∈[0,π],所以当x∈[0,π]时,f(x)的单调递增区间为和.
12.已知函数f(x)=cos x(2sin x+cos x)-sin2x.
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)若当x∈时,不等式f(x)≥m有解,求实数m的取值范围.
解:(1)f(x)=2sin xcos x+cos2x-sin2x
=sin 2x+cos 2x
=2
=2sin,
所以函数f(x)的最小正周期T=π.
(2)由题意可知,不等式f(x)≥m有解,
即m≤f(x)max,
因为x∈,所以2x+∈,
故当2x+=,即x=时,f(x)取得最大值,
且最大值为f=2.从而可得m≤2.
所以实数m的取值范围为(-∞,2].
B组——大题专攻补短练
1.已知向量m=(2sin ωx,sin ωx),n=(cos ωx,-2sin ωx)(ω>0),函数f(x)=m·n+,直线x=x1,x=x2是函数y=f(x)的图象的任意两条对称轴,且|x1-x2|的最小值为.
(1)求ω的值;
(2)求函数f(x)的单调递增区间.
解:(1)因为向量m=(2sin ωx,sin ωx),n=(cos ωx,-2sin ωx)(ω>0),所以函数f(x)=m·n+=2sin ωxcos ωx+sin ωx(-2sin ωx)+=sin 2ωx-2sin2ωx+= sin 2ωx+cos 2ωx=2sin.
因为直线x=x1,x=x2是函数y=f(x)的图象的任意两条对称轴,且|x1-x2|的最小值为,所以函数f(x)的最小正周期为×2=π,即=π,得ω=1.
(2)由(1)知,f(x)=2sin,
令2kπ-≤2x+≤2kπ+(k∈Z),
解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
所以函数f(x)的单调递增区间为(k∈Z).
2.已知函数f(x)=sin 2ωx+cos4ωx-sin4ωx+1(0<ω<1),若点是函数f(x)图象的一个对称中心.
(1)求f(x)的解析式,并求距y轴最近的一条对称轴的方程;
(2)先列表,再作出函数f(x)在区间[-π,π]上的图象.
解:(1)f(x)=sin 2ωx+(cos2ωx-sin2ωx)·(cos2ωx+sin2ωx)+1
=sin 2ωx+cos 2ωx+1
=2sin+1.
∵点是函数f(x)图象的一个对称中心,
∴-+=kπ,k∈Z,∴ω=-3k+,k∈Z.
∵0<ω<1,∴k=0,ω=,∴f(x)=2sin+1.
由x+=kπ+,k∈Z,得x=kπ+,k∈Z,
令k=0,得距y轴最近的一条对称轴方程为x=.
(2)由(1)知,f(x)=2sin+1,当x∈[-π,π]时,列表如下:
x+
-
-
0
π
x
-π
-
-
π
f(x)
0
-1
1
3
1
0
则函数f(x)在区间[-π,π]上的图象如图所示.
3.(2018·山东师大附中模拟)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)的部分图象如图所示.
(1)求函数y=f(x)的解析式;
(2)说明函数y=f(x)的图象可由函数y=sin 2x-cos 2x的图象经过怎样的平移变换得到;
(3)若方程f(x)=m在上有两个不相等的实数根,求m的取值范围.
解:(1)由题图可知,A=2,T=4=π,
∴=π,ω=2,∴f(x)=2sin(2x+φ),∵f=0,
∴sin=0,∴φ+=kπ,k∈Z,
即φ=-+kπ,k∈Z.
∵|φ|<,∴φ=,∴f(x)=2sin.
(2)y=sin 2x-cos 2x=2sin=2sin,
故将函数y=sin 2x-cos 2x的图象向左平移个单位长度就得到函数y=f(x)的图象.
(3)当-≤x≤0时,-≤2x+≤,故-2≤f(x)≤,若方程f(x)=m在上有两个不相等的实数根,则曲线y=f(x)与直线y=m在上有2个交点,结合图形,易知-2<m≤-.
故m的取值范围为(-2,-
4.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)图象的相邻两对称轴之间的距离为,且在x=时取得最大值1.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)当x∈时,若方程f(x)=a恰好有三个根,分别为x1,x2,x3,求x1+x2+x3的取值范围.
解:(1)由题意,T=2×=π,故ω==2,
所以sin=sin=1,
所以+φ=2kπ+,k∈Z,所以φ=2kπ+,k∈Z.
因为0≤φ≤,所以φ=,所以f(x)=sin.
(2)画出该函数的图象如图,当≤a<1时,方程f(x)=a恰好有三个根,且点(x1,a)和(x2,a)关于直线x=对称,点(x2,a)和(x3,a)关于直线x=对称,
所以x1+x2=,π≤x3<,
所以≤x1+x2+x3<,
故x1+x2+x3的取值范围为.
[全国卷3年考情分析]
年份
全国卷Ⅰ
全国卷Ⅱ
全国卷Ⅲ
2018
三角函数的最值及导数·T16
三角函数单调性的应用·T10
三角函数的零点问题·T15
2017
三角函数的图象变换·T9
三角函数的最值·T14
余弦函数的图象与性质·T6
2016
三角函数的图象变换与对称性·T7
三角函数的图象变换·T14
(1)高考命题的热点主要集中于三角函数的定义、图象与性质,主要考查图象的变换,函数的单调性、奇偶性、周期性、对称性及最值,并常与三角恒等变换交汇命题.
(2)高考对此部分内容主要以选择题、填空题的形式考查,难度为中等偏下,大多出现在第6~12或14~16题位置上.
三角函数的定义、诱导公式及基本关系
[大稳定]
1.在平面直角坐标系中,以x轴的非负半轴为角的始边,角α,β的终边分别与单位圆交于点和,则sin(α+β)=( )
A.- B.
C.- D.
解析:选D 因为角α,β的终边分别与单位圆交于点和,所以sin α=,cos α=,sin β=,cos β=-,所以sin(α+β)=sin αcos β+cos αsin β=×+×=.
2.若tan α=,则sin4α-cos4α的值为( )
A.- B.-
C. D.
解析:选B ∵tan α=,
∴sin4α-cos4α=(sin2α+cos2α)(sin2α-cos2α)
=sin2α-cos2α=
==-.
3.设函数f(x)(x∈R)满足f(x+π)=f(x)+sin x.当0≤x<π时,f(x)=0,则f=( )
A. B.
C.0 D.-
解析:选A 由已知,得f=f+sin
=f+sin +sin
=f+sin +sin +sin
=f+sin +sin+sin
=0+++=.
[解题方略]
1.同角三角函数基本关系式的应用技巧
知弦求弦
利用诱导公式及平方关系sin2α+cos2α=1求解
知弦求切
常通过平方关系、对称式sin α+cos α,sin α-cos α,sin αcos α建立联系,注意tan α=的灵活应用
知切求弦
通常先利用商数关系转化为sin α=tan α·cos α的形式,然后用平方关系求解
和积转换法
如利用(sin θ±cos θ)2=1±2sin θcos θ的关系进行变形、转化
巧用“1”
的变换
1=sin2θ+cos2θ=cos2θ(1+tan2θ)=sin2θ
2.利用诱导公式进行化简求值的步骤
利用公式化任意角的三角函数为锐角三角函数,其步骤:去负-脱周-化锐.特别注意函数名称和符号的确定.(注意“奇变偶不变,符号看象限”)
[小创新]
1.设an=sin,Sn=a1+a2+…+an,在S1,S2,…,S100中,正数的个数是( )
A.25 B.50
C.75 D.100
解析:选D 当1≤n≤24时,an>0,当26≤n≤49时,an<0,但其绝对值要小于1≤n≤24时相应的值;当51≤n≤74时,an>0;当76≤n≤99时,an<0,但其绝对值要小于51≤n≤74时相应的值.故当1≤n≤100时,均有Sn>0.
2.某一算法程序框图如图所示,则输出的S的值为( )
A. B.-
C. D.0
解析:选A 由已知程序框图可知,该程序的功能是计算S=sin +sin +sin +…+sin的值.
因为sin =,sin =sin=sin =,sin =sin π=0,
sin =sin=-sin =-,
sin =sin=-sin =-,
sin =sin 2π=0,而sin =sin=sin ,
sin =sin=sin ,sin =sin(2π+π)=sin π,所以函数值呈周期性变化,周期为6,且sin +sin +sin +sin +sin +sin =0.
而2 017=6×336+1,所以输出的S=336×0+sin =.故选A.
3.《九章算术》是我国古代数学成就的杰出代表作,其中《方田》章给出计算弧田面积所用的经验公式为:弧田面积=(弦×矢+矢2),弧田(如图)由圆弧和其所对弦所围成,公式中“弦”指圆弧所对弦长,“矢”等于半径长与圆心到弦的距离之差.现有圆心角为,半径等于4 m的弧田,按照上述经验公式计算所得弧田面积约是( )
A.6 m2 B.9 m2
C.12 m2 D.15 m2
解析:选B 如图,由题意可得∠AOB=,OA=4,
在Rt△AOD中,可得∠AOD=,∠DAO=,OD=AO=×4=2,
于是矢=4-2=2.
由AD=AO·sin =4×=2,
可得弦长AB=2AD=2×2=4.
所以弧田面积=(弦×矢+矢2)=×(4×2+22)=4+2≈9(m2).故选B.
题型一 由“图”定“式”
[例1] (1)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π),其部分图象如图所示,则函数f(x)的解析式为( )
A.f(x)=2sin
B.f(x)=2sin
C.f(x)=2sin
D.f(x)=2sin
(2)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的图象与x轴的一个交点到其相邻的一条对称轴的距离为,若f=,则函数f(x)在上的最小值为( )
A. B.-
C.- D.-
[解析] (1)由题图可知,函数图象上两个相邻的最值点分别为最高点,最低点,
所以函数的最大值为2,即A=2.
由图象可得,x=-,x=为相邻的两条对称轴,
所以函数的周期T=2×=4π,
故=4π,解得ω=.
所以f(x)=2sin.
把点代入可得2sin=2,
即sin=1,
所以φ-=2kπ+(k∈Z),
解得φ=2kπ+(k∈Z).
又0<φ<π,所以φ=.
所以f(x)=2sin,故选B.
(2)由题意得,函数f(x)的最小正周期T=4×=π=,解得ω=2.
因为点在函数f(x)的图象上,
所以Asin=0,
解得φ=kπ+,k∈Z,由0<φ<π,可得φ=.
因为f=,所以Asin=,
解得A=,所以f(x)=sin.
当x∈时,2x+∈,
∴sin∈,
∴f(x)的最小值为-.
[答案] (1)B (2)C
[解题方略] 由“图”定“式”找“对应”的方法
由三角函数的图象求解析式y=Asin(ωx+φ)+B(A>0,ω>0)中参数的值,关键是把握函数图象的特征与参数之间的对应关系,其基本依据就是“五点法”作图.
(1)最值定A,B:根据给定的函数图象确定最值,设最大值为M,最小值为m,则M=A+B,m=-A+B,解得B=,A=.
(2)T定ω:由周期的求解公式T=,可得ω=.
(3)点坐标定φ:一般运用代入法求解φ值,注意在确定φ值时,往往以寻找“五点法”中的某一个点为突破口,即“峰点”“谷点”与三个“中心点”.
题型二 三角函数的图象变换
[例2] (1)(2019届高三·湘东五校联考)将函数f(x)=sin的图象上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,所得图象的一条对称轴的方程可能是( )
A.x=- B.x=
C.x= D.x=
(2)(2018·郑州第一次质量测试)若将函数f(x)=3sin(2x+φ)(0<φ<π)图象上的每一个点都向左平移个单位长度,得到g(x)的图象,若函数g(x)是奇函数,则函数g(x)的单调递增区间为( )
A.(k∈Z)
B.(k∈Z)
C.(k∈Z)
D.(k∈Z)
[解析] (1)依题意知,将函数f(x)=sin的图象上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,得函数g(x)=sin的图象.令x+=+kπ,k∈Z,得x=2kπ+,
k∈Z,当k=0时,所得函数图象的一条对称轴的方程为x=,故选D.
(2)由题意知g(x)=3sin=3sin,因为g(x)是奇函数,所以+φ=kπ(k∈Z),即φ=-+kπ(k∈Z),又0<φ<π,所以φ=,所以g(x)=3sin(2x+π)= -3sin 2x,由+2kπ≤2x≤+2kπ(k∈Z),解得kπ+≤x≤kπ+(k∈Z),所以函数g(x)的单调递增区间为(k∈Z).故选A.
[答案] (1)D (2)A
[解题方略] 关于三角函数的图象变换的方法
沿x轴
沿y轴
平移变换
由y=f(x)变为y=f(x+φ)时,“左加右减”,即φ>0,左移;φ<0,右移
由y=f(x)变为y=f(x)+k时,“上加下减”,即k>0,上移;k<0,下移
伸缩变换
由y=f(x)变为y=f(ωx)时,点的纵坐标不变,横坐标变为原来的倍
由y=f(x)变为y=Af(x)时,点的横坐标不变,纵坐标变为原来的|A|倍
增分考点·讲练冲关
[典例] (1)(2018·全国卷Ⅰ)已知函数f(x)=2cos2x-sin2x+2,则( )
A.f(x)的最小正周期为π,最大值为3
B.f(x)的最小正周期为π,最大值为4
C.f(x)的最小正周期为2π,最大值为3
D.f(x)的最小正周期为2π,最大值为4
(2)设函数f(x)=cos(x+φ)(-π<φ<0).若f(x)+f′(x)是偶函数,则φ等于( )
A. B.-
C. D.-
(3)(2018·昆明调研)已知函数f(x)=sin ωx的图象关于点对称,且f(x)在上为增函数,则ω=( )
A. B.3
C. D.6
(4)(2018·全国卷Ⅱ)若f(x)=cos x-sin x在[0,a]是减函数,则a的最大值是( )
A. B.
C. D.π
[解析] (1)∵f(x)=2cos2x-sin2x+2=1+cos 2x-+2=cos 2x+,∴f(x)的最小正周期为π,最大值为4.故选B.
(2)f(x)+f′(x)=cos(x+φ)-sin(x+φ)=2cos.根据诱导公式,要使f(x)+f′(x)为偶函数,则φ+=kπ(k∈Z),
所以k=0时,φ=-,故选B.
(3)因为函数f(x)=sin ωx的图象关于对称,
所以π=kπ(k∈Z),即ω=k(k∈Z).①
又函数f(x)=sin ωx在区间上是增函数,
所以≤且ω>0,所以0<ω≤2.②
由①②得ω=,故选A.
(4)法一:∵f(x)=cos x-sin x=-sin x-,
∴当x-∈,即x∈时,
y=sin单调递增,
f(x)=-sin单调递减,
∴是f(x)在原点附近的单调减区间,
结合条件得[0,a]⊆,
∴a≤,即amax=.故选C.
法二:f′(x)=-sin x-cos x=-sin.
于是,由题设得f′(x)≤0,即sin≥0在区间[0,a]上恒成立.
当x∈[0,a]时,x+∈,
所以a+≤π,即a≤,
故所求a的最大值是.故选C.
[答案] (1)B (2)B (3)A (4)C
[解题方略]
1.求三角函数单调区间的方法
(1)代换法:求形如y=Asin(ωx+φ)(或y=Acos(ωx+φ))(A,ω,φ为常数,A≠0,ω>0)的单调区间时,令ωx+φ=z,得y=Asin z(或y=Acos z),然后由复合函数的单调性求得.
(2)图象法:画出三角函数的图象,结合图象求其单调区间.
2.判断对称中心与对称轴的方法
利用函数y=Asin(ωx+φ)的对称轴一定经过图象的最高点或最低点,对称中心一定是函数的零点这一性质,通过检验f(x0)的值进行判断.
3.求三角函数周期的常用结论
(1)y=Asin(ωx+φ)和y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为,y=tan(ωx+φ)的最小 正周期为.
(2)正弦曲线、余弦曲线相邻两对称中心、相邻两对称轴之间的距离是个周期,相邻的对称中心与对称轴之间的距离是个周期;正切曲线相邻两对称中心之间的距离是个周期.
[多练强化]
1.若函数f(x)=sin(2x+θ)+cos(2x+θ)(0<θ<π)的图象关于中心对称,则函数f(x)在上的最小值是( )
A.-1 B.-
C.- D.-
解析:选B f(x)=2sin,又图象关于中心对称,
所以2×+θ+=kπ(k∈Z),
所以θ=kπ-(k∈Z),又0<θ<π,所以θ=,
所以f(x)=-2sin 2x,因为x∈,
所以2x∈,f(x)∈[-,2],
所以f(x)的最小值是-.
2.(2018·济南模拟)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)+cos(ωx+φ)的最小正周期为π,且f=f(x),则( )
A.f(x)在上单调递减
B.f(x)在上单调递增
C.f(x)在上单调递增
D.f(x)在上单调递减
解析:选D 因为f(x)=sin(ωx+φ)+cos(ωx+φ)=2sin的最小正周期为π,所以=π,所以ω=2.因为f=f(x),所以直线x=是f(x)图象的一条对称轴,所以2×+φ+=+kπ,k∈Z,所以φ=-+kπ,k∈Z,因为|φ|<,所以φ=-,所以f(x)=2sin.当x∈时,2x+∈,f(x)先增后减,当x∈时,2x+∈,f(x)单调递减.故选D.
3.(2018·北京高考)已知函数f(x)=sin2x+sin xcos x.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)若f(x)在区间上的最大值为,求m的最小值.
解:(1)f(x)=sin2x+sin xcos x
=-cos 2x+sin 2x
=sin+,
所以f(x)的最小正周期为T==π.
(2)由(1)知f(x)=sin+.
由题意知-≤x≤m,
所以-≤2x-≤2m-.
要使f(x)在区间上的最大值为,
即sin在区间上的最大值为1.
所以2m-≥,即m≥.
所以m的最小值为.
三角函数图象与性质的综合应用
[典例] 已知函数f(x)=2sin ωxcos ωx+2sin2ωx-(ω>0)的最小正周期为π.
(1)求函数f(x)的单调递增区间;
(2)将函数f(x)的图象向左平移个单位长度,再向上平移1个单位长度,得到函数y=g(x)的图象,若y=g(x)在[0,b](b>0)上至少含有10个零点,求b的最小值.
[解] (1)f(x)=2sin ωxcos ωx+(2sin2ωx-1)
=sin 2ωx-cos 2ωx=2sin.
由最小正周期为π,得ω=1,
所以f(x)=2sin,
由2kπ-≤2x-≤2kπ+,k∈Z,
得kπ-≤x≤kπ+,k∈Z,
所以函数f(x)的单调递增区间是,k∈Z.
(2)将函数f(x)的图象向左平移个单位,再向上平移1个单位,得到y=2sin 2x+1的图象,
所以g(x)=2sin 2x+1.
令g(x)=0,得x=kπ+或x=kπ+(k∈Z),
所以在[0,π]上恰好有两个零点,若y=g(x)在[0,b]上有10个零点,则b不小于第10个零点的横坐标即可.
所以b的最小值为4π+=.
[解题方略]
解决三角函数图象与性质综合问题的思路
(1)先借助三角恒等变换及相应三角函数公式把待求函数化成y=Asin(ωx+φ)+B(一角一函数)的形式;
(2)把“ωx+φ”视为一个整体,借助复合函数性质求y=Asin(ωx+φ)+B的单调性、奇偶性、最值、对称性等问题.
[多练强化]
(2017·山东高考)设函数f(x)=sin+sin,其中0<ω<3.已知f=0.
(1)求ω;
(2)将函数y=f(x)的图象上各点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),再将得到的图象向左平移个单位,得到函数y=g(x)的图象,求g(x)在上的最小值.
解:(1)因为f(x)=sin+sin,
所以f(x)=sin ωx-cos ωx-cos ωx
=sin ωx-cos ωx
=
=sin.
因为f=0,
所以-=kπ,k∈Z.
故ω=6k+2,k∈Z.
又0<ω<3,所以ω=2.
(2)由(1)得f(x)=sin,
所以g(x)=sin=sin.
因为x∈,所以x-∈,
当x-=-,即x=-时,g(x)取得最小值-.
直观想象——数形结合法在三角函数图象问题中的应用
[典例] 函数f(x)=sin(ωx+φ)ω>0,|φ|<的图象如图所示,为了得到g(x)=cos的图象,则只需将f(x)的图象( )
A.向左平移个单位长度
B.向右平移个单位长度
C.向左平移个单位长度
D.向右平移个单位长度
[解析] 根据函数f(x)=sin(ωx+φ)的部分图象知,=-=,∴T=π,即=π,解得ω=2.根据“五点作图法”并结合|φ|<,可知2×+φ=π,解得φ=,∴f(x)=sin.∴g(x)=cos=sin+=sin.故为了得到g(x)的图象,只需将f(x)的图象向左平移个单位长度即可.
[答案] A
[素养通路]
本题利用图形描述数学问题,通过对图形的理解,由图象建立形与数的联系,确定函数的周期,根据“五点作图法”代入数据求参数.考查了直观想象这一核心素养.
A组——“6+3+3”考点落实练
一、选择题
1.(2018·全国卷Ⅲ)函数f(x)=的最小正周期为( )
A. B.
C.π D.2π
解析:选C 由已知得f(x)====sin x·cos x=sin 2x,所以f(x)的最小正周期为T==π.
2.(2018·贵阳第一学期检测)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)ω>0,-<φ<的部分图象如图所示,则φ的值为( )
A.- B.
C.- D.
解析:选B 由题意,得=+=,所以T=π,由T=,得ω=2,由图可知A=1,所以f(x)=sin(2x+φ).又f=sin=0,-<φ<,所以φ=.
3.(2019届高三·西安八校联考)已知函数f(x)=cos(x+θ)(0<θ<π)在x=时取得最小值,则f(x)在[0,π]上的单调递增区间是( )
A. B.
C. D.
解析:选A 因为0<θ<π,所以<+θ<,
又f(x)=cos(x+θ)在x=时取得最小值,
所以+θ=π,θ=,所以f(x)=cos.
由0≤x≤π,得≤x+≤.
由π≤x+≤,得≤x≤π,
所以f(x)在[0,π]上的单调递增区间是,故选A.
4.函数f(x)=sin的图象与函数g(x)的图象关于x=对称,则g(x)具有的性质是( )
A.最大值为1,图象关于直线x=对称
B.在上单调递减,为奇函数
C.在上单调递增,为偶函数
D.周期为π,图象关于点对称
解析:选B 由题意得,g(x)=sin=sin(-2x)=-sin 2x,最大值为1,而g=0,图象不关于直线x=对称,故A错误;当x∈时,2x∈,满足单调递减,显然g(x)也是奇函数,故B正确,C错误;周期T==π,g=-,故图象不关于点对称,故D错误.
5.(2019届高三·安徽知名示范高中联考)先将函数y=2sin+1的图象向左平移个最小正周期的单位长度,再向下平移1个单位长度后,所得图象对应的函数是( )
A.奇函数 B.偶函数
C.非奇非偶函数 D.不能确定
解析:选B 因为函数y=2sin+1,所以其最小正周期T=π,所以将函数图象向左平移个单位长度,所得的图象对应的函数解析式为y=2sin+1=2sin+1=2sin+1=2cos 2x+1,再将图象向下平移1个单位长度后所得的图象对应的函数解析式为y=2cos 2x,该函数为偶函数,故选B.
6.(2018·广州高中综合测试)已知函数f(x)=sinωx+(ω>0)在区间上单调递增,则ω的取值范围为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 法一:因为x∈,所以ωx+∈,
因为函数f(x)=sin(ω>0)在区间上单调递增,
所以
即
又ω>0,所以0<ω≤,选B.
法二:取ω=1,f=sin=-sin <0,f=sin=sin =1,f=sin=sin =,不满足题意,排除A、C、D,选B.
二、填空题
7.(2018·惠州调研)已知tan α=,且α∈,则cos=____________.
解析:法一:cos=sin α,由α∈知α为第三象限角,
联立得5sin2α=1,故sin α=-.
法二:cos=sin α,由α∈知α为第三象限角,由tan α=,可知点(-2,-1)为α终边上一点,由任意角的三角函数公式可得sin α=-.
答案:-
8.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)的图象在y轴右侧的第一个最高点为P,在原点右侧与x轴的第一个交点为Q,则f的值为______.
解析:由题意得=-=,所以T=π,所以ω=2,
将点P代入f(x)=sin(2x+φ),
得sin=1,所以φ=+2kπ(k∈Z).
又|φ|<,所以φ=,即f(x)=sin(x∈R),所以f=sin=-.
答案:-
9.已知函数f(x)=cos,其中x∈,m,若f(x)的值域是,则m的最大值是________.
解析:由x∈,可知≤3x+≤3m+,
∵f=cos =-,且f=cos π=-1,
∴要使f(x)的值域是,
需要π≤3m+≤,即≤m≤,
即m的最大值是.
答案:
三、解答题
10.(2018·石家庄模拟)函数f(x)=Asinωx-+1(A>0,ω>0)的最小值为-1,其图象相邻两个最高点之间的距离为π.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)设α∈,f=2,求α的值.
解:(1)∵函数f(x)的最小值为-1,
∴-A+1=-1,即A=2.
∵函数f(x)的图象的相邻两个最高点之间的距离为π,
∴函数f(x)的最小正周期T=π,
∴ω=2,故函数f(x)的解析式为
f(x)=2sin+1.
(2)∵f=2sin+1=2,
∴sin=.
∵0<α<,∴-<α-<,
∴α-=,得α=.
11.已知m=,n=(cos x,1).
(1)若m∥n,求tan x的值;
(2)若函数f(x)=m·n,x∈[0,π],求f(x)的单调递增区间.
解:(1)由m∥n得,sin-cos x=0,展开变形可得,sin x=cos x,即tan x=.
(2)f(x)=m·n=sincos x+1
=sin xcos x-cos2x+1
=sin 2x-+1
=+
=sin+,
由-+2kπ≤2x-≤+2kπ,k∈Z,
得-+kπ≤x≤+kπ,k∈Z.
又x∈[0,π],所以当x∈[0,π]时,f(x)的单调递增区间为和.
12.已知函数f(x)=cos x(2sin x+cos x)-sin2x.
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)若当x∈时,不等式f(x)≥m有解,求实数m的取值范围.
解:(1)f(x)=2sin xcos x+cos2x-sin2x
=sin 2x+cos 2x
=2
=2sin,
所以函数f(x)的最小正周期T=π.
(2)由题意可知,不等式f(x)≥m有解,
即m≤f(x)max,
因为x∈,所以2x+∈,
故当2x+=,即x=时,f(x)取得最大值,
且最大值为f=2.从而可得m≤2.
所以实数m的取值范围为(-∞,2].
B组——大题专攻补短练
1.已知向量m=(2sin ωx,sin ωx),n=(cos ωx,-2sin ωx)(ω>0),函数f(x)=m·n+,直线x=x1,x=x2是函数y=f(x)的图象的任意两条对称轴,且|x1-x2|的最小值为.
(1)求ω的值;
(2)求函数f(x)的单调递增区间.
解:(1)因为向量m=(2sin ωx,sin ωx),n=(cos ωx,-2sin ωx)(ω>0),所以函数f(x)=m·n+=2sin ωxcos ωx+sin ωx(-2sin ωx)+=sin 2ωx-2sin2ωx+= sin 2ωx+cos 2ωx=2sin.
因为直线x=x1,x=x2是函数y=f(x)的图象的任意两条对称轴,且|x1-x2|的最小值为,所以函数f(x)的最小正周期为×2=π,即=π,得ω=1.
(2)由(1)知,f(x)=2sin,
令2kπ-≤2x+≤2kπ+(k∈Z),
解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
所以函数f(x)的单调递增区间为(k∈Z).
2.已知函数f(x)=sin 2ωx+cos4ωx-sin4ωx+1(0<ω<1),若点是函数f(x)图象的一个对称中心.
(1)求f(x)的解析式,并求距y轴最近的一条对称轴的方程;
(2)先列表,再作出函数f(x)在区间[-π,π]上的图象.
解:(1)f(x)=sin 2ωx+(cos2ωx-sin2ωx)·(cos2ωx+sin2ωx)+1
=sin 2ωx+cos 2ωx+1
=2sin+1.
∵点是函数f(x)图象的一个对称中心,
∴-+=kπ,k∈Z,∴ω=-3k+,k∈Z.
∵0<ω<1,∴k=0,ω=,∴f(x)=2sin+1.
由x+=kπ+,k∈Z,得x=kπ+,k∈Z,
令k=0,得距y轴最近的一条对称轴方程为x=.
(2)由(1)知,f(x)=2sin+1,当x∈[-π,π]时,列表如下:
x+
-
-
0
π
x
-π
-
-
π
f(x)
0
-1
1
3
1
0
则函数f(x)在区间[-π,π]上的图象如图所示.
3.(2018·山东师大附中模拟)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)的部分图象如图所示.
(1)求函数y=f(x)的解析式;
(2)说明函数y=f(x)的图象可由函数y=sin 2x-cos 2x的图象经过怎样的平移变换得到;
(3)若方程f(x)=m在上有两个不相等的实数根,求m的取值范围.
解:(1)由题图可知,A=2,T=4=π,
∴=π,ω=2,∴f(x)=2sin(2x+φ),∵f=0,
∴sin=0,∴φ+=kπ,k∈Z,
即φ=-+kπ,k∈Z.
∵|φ|<,∴φ=,∴f(x)=2sin.
(2)y=sin 2x-cos 2x=2sin=2sin,
故将函数y=sin 2x-cos 2x的图象向左平移个单位长度就得到函数y=f(x)的图象.
(3)当-≤x≤0时,-≤2x+≤,故-2≤f(x)≤,若方程f(x)=m在上有两个不相等的实数根,则曲线y=f(x)与直线y=m在上有2个交点,结合图形,易知-2<m≤-.
故m的取值范围为(-2,-
4.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)图象的相邻两对称轴之间的距离为,且在x=时取得最大值1.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)当x∈时,若方程f(x)=a恰好有三个根,分别为x1,x2,x3,求x1+x2+x3的取值范围.
解:(1)由题意,T=2×=π,故ω==2,
所以sin=sin=1,
所以+φ=2kπ+,k∈Z,所以φ=2kπ+,k∈Z.
因为0≤φ≤,所以φ=,所以f(x)=sin.
(2)画出该函数的图象如图,当≤a<1时,方程f(x)=a恰好有三个根,且点(x1,a)和(x2,a)关于直线x=对称,点(x2,a)和(x3,a)关于直线x=对称,
所以x1+x2=,π≤x3<,
所以≤x1+x2+x3<,
故x1+x2+x3的取值范围为.
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