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2024年新高考数学一轮复习题型归类与强化测试专题29函数y=Asinωx+φ的图象及应用(学生版)
展开这是一份2024年新高考数学一轮复习题型归类与强化测试专题29函数y=Asinωx+φ的图象及应用(学生版),共11页。试卷主要包含了【知识梳理】,【题型归类】,【培优训练】,【强化测试】等内容,欢迎下载使用。
【考纲要求】
1.了解函数y=Asin(ωx+φ)的物理意义;能画出y=Asin(ωx+φ)的图象.
2.了解参数A,ω,φ对函数图象变化的影响.
3.会用三角函数解决一些简单实际问题,体会三角函数是描述周期变化现象的重要函数模型.
【考点预测】
1.简谐运动的有关概念
2.用“五点法”画y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)一个周期内的简图时,要找五个特征点
3.函数y=sin x的图象经变换得到y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象的两种途径
【常用结论】
1.函数y=Asin(ωx+φ)+k图象平移的规律:“左加右减,上加下减”.
2.由y=sin ωx到y=sin(ωx+φ)(ω>0,φ>0)的变换:向左平移eq \f(φ,ω)个单位长度而非φ个单位长度.
3.对称中心与零点相联系,对称轴与最值点相联系.y=Asin(ωx+φ)的图象有无数条对称轴,可由方程ωx+φ=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z)解出;它还有无数个对称中心,即图象与x轴的交点,可由ωx+φ=kπ(k∈Z)解出.
4.相邻两条对称轴间的距离为eq \f(T,2),相邻两对称中心间的距离也为eq \f(T,2),函数的对称轴一定经过图象的最高点或最低点.
【方法技巧】
1.作函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象常用如下两种方法:
(1)五点法作图,用“五点法”作y=Asin(ωx+φ)的简图,主要是通过变量代换,设z=ωx+φ,由z取0,eq \f(π,2),π,eq \f(3,2)π,2π来求出相应的x,通过列表,计算得出五点坐标,描点后得出图象;
(2)图象的变换法,由函数y=sin x的图象通过变换得到y=Asin(ωx+φ)的图象有两种途径:“先平移后伸缩”与“先伸缩后平移”.
2.由f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的一段图象求其解析式时,A比较容易由图得出,困难的是求待定系数ω和φ,常用如下两种方法:
(1)如果图象明确指出了周期T的大小和“零点”坐标,那么由ω=eq \f(2π,T)即可求出ω;确定φ时,若能求出离原点最近的右侧图象上升(或下降)的零点的横坐标x0,则令ωx0+φ=0(ωx0+φ=π)即可求出φ.
(2)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.再结合图形解出ω和φ,若对A,ω的符号或φ的范围有所需求,可用诱导公式变换使其符合要求.
3.研究y=Asin(ωx+φ)的性质时可将ωx+φ视为一个整体,利用换元法和数形结合思想进行解题;方程根的个数可转化为两个函数图象的交点个数;三角函数模型的应用体现在两方面:一是已知函数模型求解数学问题;二是把实际问题抽象转化成数学问题,利用三角函数的有关知识解决问题.
二、【题型归类】
【题型一】函数y=Asin(ωx+φ)的图象及变换
【典例1】把函数y=f(x)图象上所有点的横坐标缩短到原来的eq \f(1,2)倍,纵坐标不变,再把所得曲线向右平移eq \f(π,3)个单位长度,得到函数y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,4)))的图象,则f(x)等于( )
A.sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,2)-\f(7π,12))) B.sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,2)+\f(π,12)))
C.sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(7π,12))) D.sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,12)))
【典例2】将函数y=sin 2x的图象向左平移φeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0≤φ<\f(π,2)))个单位长度后,得到函数y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6)))的图象,则φ等于( )
A.eq \f(π,12) B.eq \f(π,6)
C.eq \f(π,3) D.eq \f(5π,3)
【典例3】将函数y=3sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4)))的图象向右平移eq \f(π,6)个单位长度,则平移后的图象中与y轴最近的对称轴的方程是________.
【题型二】由图象确定y=Asin(ωx+φ的解析式
【典例1】设函数f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))在[-π,π]上的图象大致如图,则f(x)的解析式为( )
A.f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(3,2)x+\f(π,6)))
B.f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)x+\f(π,6)))
C.f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)x-\f(π,6)))
D.f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)x+\f(π,6)))
【典例2】已知函数f(x)=Acs(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)为奇函数,该函数的部分图象如图所示,△EFG(点G是图象的最高点)是边长为2的等边三角形,则f(1)=________.
【典例3】若将函数g(x)图象上所有的点向左平移eq \f(π,6)个单位长度得到函数f(x)的图象,已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(A>0,ω>0,|φ|<\f(π,2)))的部分图象如图所示,则( )
A.g(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3))) B.g(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(2π,3)))
C.g(x)=sin 2x D.g(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6)))
【题型三】方程根(函数零点)问题
【典例1】函数y=eq \r(3)sin 2x+cs 2x-m在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))上有两个不同的零点,则m的取值范围是________.
【典例2】已知关于x的方程2sin2x-eq \r(3)sin 2x+m-1=0在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))上有两个不同的实数根,则m的取值范围是____________.
【题型四】三角函数图象与性质的综合问题
【典例1】(多选)将函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))-1的图象向左平移eq \f(π,6)个单位长度得到函数g(x)的图象,则下列说法正确的是( )
A.函数g(x)的最小正周期是π
B.函数g(x)的图象关于直线x=-eq \f(π,2)对称
C.函数g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,2)))上单调递减
D.函数g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,6)))上的最大值是1
【典例2】(多选)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6))),则下列四个命题中正确的是( )
A.f(x)的最小正周期是π
B.f(x)=eq \f(1,2)是x=eq \f(π,2)的充分不必要条件
C.函数f(x)在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(5π,6)))上单调递增
D.函数y=|f(x)|的图象向左平移eq \f(π,12)个单位长度后所得图象的对称轴方程为x=eq \f(kπ,4)(k∈Z)
【典例3】已知函数f(x)=sin(ωx+θ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,-\f(π,2)≤θ≤\f(π,2)))的图象相邻的两个对称中心之间的距离为eq \f(π,2),若将函数f(x)的图象向左平移eq \f(π,6)个单位长度后得到偶函数g(x)的图象,则函数f(x)的一个单调递减区间为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),\f(π,6))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(7π,12)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(5π,6)))
【题型五】三角函数模型
【典例1】如图,某大风车的半径为2米,每12秒旋转一周,它的最低点O离地面1米,点O在地面上的射影为A.风车圆周上一点M从最低点O开始,逆时针方向旋转40秒后到达P点,则点P到地面的距离是________米.
【典例2】(多选)摩天轮常被当作一个城市的地标性建筑,如深圳前海的“湾区之光”摩天轮,如图所示,某摩天轮最高点离地面高度128米,转盘直径为120米,设置若干个座舱,游客从离地面最近的位置进舱,开启后按逆时针匀速旋转t分钟,当t=15时,游客随舱旋转至距离地面最远处.以下关于摩天轮的说法中,正确的为( )
A.摩天轮离地面最近的距离为4米
B.若旋转t分钟后,游客距离地面的高度为h米,则h=-60cs eq \f(π,15)t+68
C.若在t1,t2时刻,游客距离地面的高度相等,则t1+t2的最小值为30
D.∃t1,t2∈[0,20],使得游客在该时刻距离地面的高度均为90米
【典例3】如图,点A,B分别是圆心在坐标原点,半径为1和2的圆上的动点.动点A从初始位置A0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(cs\f(π,3),sin\f(π,3)))开始,按逆时针方向以角速度2 rad/s做圆周运动,同时点B从初始位置B0(2,0)开始,按顺时针方向以角速度2 rad/s做圆周运动.记t时刻,点A,B的纵坐标分别为y1,y2.
(1)求t=eq \f(π,4)时,A,B两点间的距离;
(2)若y=y1+y2,求y关于时间t(t>0)的函数关系式,并求当t∈eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))时,y的取值范围.
三、【培优训练】
【训练一】如图,将绘有函数f(x)=eq \r(3)sin(ωx+eq \f(5π,6))(ω>0)部分图象的纸片沿x轴折成直二面角,若A,B之间的空间距离为eq \r(10),则f(-1)=________.
【训练二】(多选)水车在古代是进行灌溉引水的工具,是人类的一项古老的发明,也是人类利用自然和改造自然的象征.如图是一个半径为R的水车,一个水斗从点A(3eq \r(3),-3)出发,沿圆周按逆时针方向匀速旋转,且旋转一周用时60秒,经过t秒后,水斗旋转到点P,设点P的坐标为(x,y),其纵坐标满足y=f(t)=Rsin(ωt+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t≥0,ω>0,|φ|<\f(π,2))),则下列叙述正确的是( )
A.R=6,ω=eq \f(π,30),φ=-eq \f(π,6)
B.当t∈[35,55]时,点P到x轴的距离的最大值为6
C.当t∈[10,25]时,函数y=f(t)单调递减
D.当t=20时,|PA|=6eq \r(3)
【训练三】函数f(x)=Asin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(A>0,ω>0,|φ|<\f(π,2)))的部分图象如图所示.
(1)求函数f(x)的解析式,并写出其图象的对称中心;
(2)若方程f(x)+2cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4x+\f(π,3)))=a有实数解,求a的取值范围.
【训练四】已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2ωx+\f(π,6)))+eq \f(3,2)+b.
(1)若函数f(x)的图象关于直线x=eq \f(π,6)对称,且ω∈[0,3],求函数f(x)的单调递增区间;
(2)在(1)的条件下,当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(7π,12)))时,函数f(x)有且只有一个零点,求实数b的取值范围.
【训练五】已知函数f(x)=Asin(ωx+φ),其中A>0,ω>0,0<φ<π,函数f(x)图象上相邻的两个对称中心之间的距离为eq \f(π,4),且在x=eq \f(π,3)处取到最小值-2.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)若将函数f(x)图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移eq \f(π,6)个单位长度,得到函数g(x)的图象,求函数g(x)的单调递增区间;
(3)若关于x的方程g(x)=m+2在x∈eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(9π,8)))上有两个不同的实根,求实数m的取值范围.
【训练六】摩天轮是一种大型转轮状的机械建筑设施,游客坐在摩天轮的座舱里慢慢的往上转,可以从高处俯瞰四周的景色(如图1).某摩天轮的最高点距离地面的高度为90米,最低点距离地面为10米,摩天轮上均匀设置了36个座舱(如图2).开启后摩天轮按逆时针方向匀速转动,游客在座舱离地面最近时的位置进入座舱,摩天轮转完一周后在相同的位置离开座舱.摩天轮转一周需要30分钟,当游客甲坐上摩天轮的座舱开始计时.
(1)经过t分钟后游客甲距离地面的高度为H米,已知H关于t的函数关系式满足H(t)=Asin(ωt+φ)+B(其中A>0,ω>0),求摩天轮转动一周的解析式H(t);
(2)游客甲坐上摩天轮后多长时间,距离地面的高度恰好为30米?
(3)若游客乙在游客甲之后进入座舱,且中间相隔5个座舱,在摩天轮转动一周的过程中,记两人距离地面的高度差为h米,求h的最大值.
四、【强化测试】
【单选题】
1. 函数f(x)=-2cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+\f(π,4)))的振幅、初相分别是( )
A.-2,eq \f(π,4) B.-2,-eq \f(π,4)
C.2,eq \f(π,4) D.2,-eq \f(π,4)
2. 函数y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),π))上的简图是( )
3. 函数f(x)=tan ωx(ω>0)的图象的相邻两支截直线y=2所得线段长为eq \f(π,2),则feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))的值是( )
A.-eq \r(3) B.eq \f(\r(3),3)
C.1 D.eq \r(3)
4. 将函数y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4)))的图象上各点的纵坐标不变,横坐标伸长到原来的2倍,再向右平移eq \f(π,4)个单位长度,所得到的图象的解析式是( )
A.y=sin x B.y=cs x
C.y=sin 4x D.y=cs 4x
5. 已知函数f(x)=Asin ωx(A>0,ω>0)与g(x)=eq \f(A,2)cs ωx的部分图象如图所示,则( )
A.A=1 B.A=3
C.ω=eq \f(π,3) D.ω=eq \f(3,π)
6. 为得到函数y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3)))的图象,只需将函数y=sin 2x的图象( )
A.向右平移eq \f(5π,12)个单位长度
B.向左平移eq \f(5π,12)个单位长度
C.向右平移eq \f(5π,6)个单位长度
D.向左平移eq \f(5π,6)个单位长度
7. 已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,-\f(π,2)<φ<\f(π,2)))的部分图象如图所示,则φ的值为( )
A.-eq \f(π,3) B.eq \f(π,3) C.-eq \f(π,6) D.eq \f(π,6)
8. 函数f(x)=Asin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(A>0,ω>0,|φ|<\f(π,2)))的部分图象如图所示,将f(x)的图象上所有点的横坐标扩大到原来的4倍(纵坐标不变),再把所得的图象沿x轴向左平移eq \f(π,3)个单位长度,得到函数g(x)的图象,则函数g(x)的一个单调递增区间为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(5π,3),\f(π,3))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(7π,3)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(3π,8))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3π,8),\f(π,2)))
【多选题】
9. 已知函数f(x)=eq \r(3)sin2x+sin xcs x-eq \f(\r(3),2),则下列说法正确的是( )
A.函数f(x)的值域为[-1,1]
B.函数f(x)的图象可由y=sin 2x的图象向右平移eq \f(π,3)个单位得到
C.函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,3)))上单调递减
D.点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,3),0))是函数f(x)的一个对称中心
10. 如图是函数f(x)=Asin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<eq \f(π,2))的部分图象,将函数f(x)的图象向右平移eq \f(π,8)个单位长度得到函数y=g(x)的图象,则下列命题正确的是( )
A.y=g(x)是奇函数
B.函数g(x)的图象的对称轴是直线x=kπ+eq \f(π,4)(k∈Z)
C.函数g(x)的图象的对称中心是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,4),0))(k∈Z)
D.函数g(x)的单调递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,4),kπ+\f(3π,4)))(k∈Z)
11. 已知函数f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(2π,3)))(ω>0)的最小正周期为4π,则下列叙述中正确的是( )
A.函数f(x)的图象关于直线x=eq \f(π,3)对称
B.函数f(x)在区间(0,π)上单调递增
C.函数f(x)的图象向右平移eq \f(π,3)个单位长度后关于原点对称
D.函数f(x)在区间[0,π]上的最大值为-eq \f(1,2)
12. 将函数f(x)=eq \r(3)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3)))-1的图象向左平移eq \f(π,3)个单位长度,再向上平移1个单位长度,得到函数g(x)的图象,则函数g(x)具有以下哪些性质( )
A.最大值为eq \r(3),图象关于直线x=-eq \f(π,3)对称
B.图象关于y轴对称
C.最小正周期为π
D.图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),0))成中心对称
【填空题】
13. 函数y=cs(2x+φ)(0<φ<π)的图象向右平移eq \f(π,2)个单位长度后,与函数y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))的图象重合,则φ=________.
14. 已知函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+φ))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,|φ|<\f(π,2)))的部分图象如图所示,则ω=________,函数f(x)的单调递增区间为________.
15. 已知曲线C1:y=cs x,C2:y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(2π,3))),则为了得到曲线C1,首先要把C2上各点的横坐标变为原来的________倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右至少平移________个单位长度.(本题所填数字要求为正数)
16. 若f(x)=2sin(2x+φ)(φ>0)的图象关于直线x=eq \f(π,12)对称,且当φ取最小值时,∃x0∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))),使得f(x0)=a,则a的取值范围是________.
【解答题】
17. 如图,某市拟在长为8 km的道路OP的一侧修建一条运动赛道,赛道的前一部分为曲线段OSM,该曲线段为函数y=Asin ωx(A>0,ω>0),x∈[0,4]的部分图象,且图象的最高点为S(3,2eq \r(3));赛道的后一部分为折线段MNP.为保证参赛运动员的安全,限定∠MNP=120°.求A,ω的值和M,P两点间的距离.
18. 将函数f(x)=sin 2x的图象向左平移eq \f(π,6)个单位长度后得到函数g(x)的图象,设函数h(x)=f(x)-g(x).
(1)求函数h(x)的单调递增区间;
(2)若geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,6)))=eq \f(1,3),求h(α)的值.
19. 在①函数f(x)的图象中相邻的最高点与最低点的距离为5,②函数f(x)的图象的一条对称轴方程为x=-1,③函数f(x)的一个对称中心的横坐标为eq \f(1,2)这三个条件中任选一个,补充在下面题目的横线处,并解决问题.
已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0<ω<\f(π,2),|φ|<\f(π,2))),且________,点A(2,2)在该函数的图象上,求函数f(x)在区间(-3,3)上的单调递减区间.
注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
20. 已知函数f(x)=eq \r(3)sin 2x+2cs2x+a,其最大值为2.
(1)求a的值及f(x)的最小正周期;
(2)画出f(x)在[0,π]上的图象.
21. 已知函数f(x)=2eq \r(3)sin ωxcs ωx+2cs2ωx(ω>0),且f(x)的最小正周期为π.
(1)求ω的值及函数f(x)的单调递减区间;
(2)将函数f(x)的图象向右平移eq \f(π,6)个单位长度后得到函数g(x)的图象,求当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))时,函数g(x)的最大值.
22. 已知向量m=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin x,-\f(1,2))),n=(eq \r(3)cs x,cs 2x),函数f(x)=m·n.
(1)求函数f(x)的最大值及最小正周期;y=Asin(ωx+φ)
(A>0,ω>0),x≥0
振幅
周期
频率
相位
初相
A
T=eq \f(2π,ω)
f=eq \f(1,T)=eq \f(ω,2π)
ωx+φ
φ
ωx+φ
0
eq \f(π,2)
π
eq \f(3π,2)
2π
x
eq \f(0-φ,ω)
eq \f(\f(π,2)-φ,ω)
eq \f(π-φ,ω)
eq \f(\f(3π,2)-φ,ω)
eq \f(2π-φ,ω)
y=Asin
(ωx+φ)
0
A
0
-A
0
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