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文档介绍
2019届一轮复习北师大版(文科数学)第四章第6讲 函数y=Asin(ωx+φ)的图象及三角函数模型的简单应用学案
第6讲 函数y=Asin(ωx+φ)的图象及三角函数模型的简单应用 1.y=Asin(ωx+φ)的有关概念 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0), x∈[0,+∞)表示一个振动量时 振幅 周期 频率 相位 初相 A T= f== ωx+φ φ 2.用五点法画y=Asin(ωx+φ)一个周期内的简图 用五点法画y=Asin(ωx+φ)一个周期内的简图时,要找五个关键点,如下表所示: x - - - ωx+φ 0 π 2π y=Asin(ωx+φ) 0 A 0 -A 0 3.三角函数图象变换的两种方法(ω>0) 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)y=sin的图象可以由y=sin的图象向右平移个单位得到.( ) (2)将函数y=sin ωx的图象向右平移φ(φ>0)个单位长度,得到函数y=sin(ωx-φ)的图象.( ) (3)利用图象变换作图时“先平移,后伸缩”与“先伸缩,后平移”中平移的长度一致.( ) (4)函数y=Asin(ωx+φ)的最小正周期为T=.( ) (5)把y=sin x的图象上各点纵坐标不变,横坐标缩短为原来的, 所得图象对应的函数解析式为y=sinx.( ) (6)若函数y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为T,则函数图象的两个相邻对称中心之间的距离为.( ) 答案:(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (教材习题改编)y=2sin的振幅、频率和初相分别为( ) A.2,,- B.2,,- C.2,,- D.2,,- 答案:A (教材习题改编)为了得到函数y=3sin的图象,只需将y=3sin的图象上的所有点( ) 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:选D.因为y=3sin=3sin,故选D. 为了得到y=3sin 2x+1的图象,只需将y=3sin x的图象上的所有点( ) A.横坐标伸长2倍,再向上平移1个单位长度 B.横坐标缩短倍,再向上平移1个单位长度 C.横坐标伸长2倍,再向下平移1个单位长度 D.横坐标缩短倍,再向下平移1个单位长度 解析:选B.将y=3sin x的图象上的所有点的横坐标缩短倍,得到y=3sin 2x的图象,再向上平移1个单位长度即得y=3sin 2x+1的图象,故选B. 若将函数y=2sin 2x的图象向左平移个单位长度,则平移后图象的对称轴为( ) A.x=-(k∈Z) B.x=+(k∈Z) C.x=-(k∈Z) D.x=+(k∈Z) 解析:选B.函数y=2sin 2x的图象向左平移个单位长度,得到的图象对应的函数表达式为y=2sin ,令2=kπ+(k∈Z),解得x=+(k∈Z),所以所求对称轴的方程为x=+(k∈Z),故选B. 已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0)的图象如图所示,则ω=________. 解析:由题图可知,=-=, 即T=,所以=, 故ω=. 答案: 五点法作图及图象变换 [典例引领] 已知函数f(x)=sin ωx+cos ωx(ω>0)的最小正周期为π. (1)求ω的值,并在下面提供的坐标系中画出函数y=f(x)在区间[0,π]上的图象; (2)函数y=f(x)的图象可由函数y=sin x的图象经过怎样的变换得到? 【解】 (1)由题意知f(x)=sin, 因为T=π,所以=π,即ω=2, 故f(x)=sin. 列表如下: 2x+ π 2π x 0 π f(x) 1 0 -1 0 y=f(x)在[0,π]上的图象如图所示. (2)将y=sin x的图象上的所有点向左平移个单位长度,得到函数y=sin的图象,再将y=sin的图象上所有点的横坐标缩短到原来的(纵坐标不变),得到函数f(x)=sin(x∈R)的图象. 函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象的两种作法 五点法 设z=ωx+φ,由z取0,,π,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 图象变换法 由函数y=sin x的图象通过变换得到y=Asin(ωx+φ)的图象,有两种主要途径“先平移后伸缩”与“先伸缩后平移” [注意] 平移变换和伸缩变换都是针对x而言,即x本身加减多少值,而不是依赖于ωx加减多少值. [通关练习] 1.(2018·安徽两校阶段性测试)将函数y=cos的图象上各点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移个单位长度,所得函数图象的一条对称轴为( ) A.x= B.x= C.x= D.x=π 解析:选A.将函数y=cos图象上各点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变)时,得到函数y=cos的图象;再将此函数的图象向左平移个单位长度后,得到函数y=cos=cos的图象.该函数图象的对称轴为-=kπ(k∈Z),即x=2kπ+(k∈Z).结合选项,只有A符合,故选A. 2.(2018·宝鸡质量检测(一))为了得到函数y=sin的图象,只需把函数y=cos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:选A.y=cos=sin=sin,故要得到函数y=sin的图象,只需要平移-=个单位长度,又>0,所以应向左平移,故选A. 由图象确定y=Asin(ωx+φ)的解析式 [典例引领] (1)(2018·兰州诊断考试)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,|φ|<)的部分图象如图所示,若x1,x2∈,且f(x1)=f(x2),则f(x1+x2)=( ) A. B. C. D.1 (2)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)+B(A>0,x∈R,ω>0,|φ|<π)的部分图象如图所示,则函数f(x)的解析式为f(x)=________. 【解析】 (1)由题图知,=,即T=π,则ω=2,所以f(x)=sin(2x+φ),因为点在函数f(x)的图象上,所以sin(2×+φ)=0,即+φ=2kπ+π,k∈Z, 所以φ=2kπ+,k∈Z, 又|φ|<,所以φ=, 所以f(x)=sin(2x+), 因为x1,x2∈, 且f(x1)=f(x2), 所以=, 所以x1+x2=, 所以f(x1+x2)=sin(2×+)=. (2)由题图可知,函数的最大值为A+B=3,最小值为-A+B=-1,解得A=2,B=1. 函数的最小正周期为T=2×=π, 由=π,解得ω=2. 由f=2sin+1=-1, 得sin=-1, 故φ-=2kπ-(k∈Z), 解得φ=2kπ-(k∈Z), 又因为|φ|<π, 所以φ=-. 所以f(x)=2sin+1. 【答案】 (1)C (2)2sin+1 确定y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的步骤和方法 (1)求A,b:确定函数的最大值M和最小值m, 则A=,b=. (2)求ω:确定函数的最小正周期T,则可得ω=. (3)求φ:常用的方法有: ①代入法:把图象上的一个已知点代入(此时A,ω,b已知)或代入图象与直线y=b的交点求解(此时要注意交点在上升区间上还是在下降区间上). ②特殊点法:确定φ值时,往往以寻找“最值点”为突破口.具体如下: “最大值点”(即图象的“峰点”)时ωx+φ =+2kπ,k∈Z;“最小值点”(即图象的“谷点”)时ωx+φ=+2kπ,k∈Z. [通关练习] 1.函数f(x)=Asin(ωx+φ)的部分图象如图所示,则f的值为( ) A.- B.- C.- D.-1 解析:选D.由图象可得A=,最小正周期T=4×=π,则ω==2.又f=sin=-,得φ=,则f(x)=sin,f=sin=sin=-1,选项D正确. 2.已知函数f(x)=Acos(ωx+φ)的图象如图所示,f=-,则f=( ) A.- B.- C. D. 解析:选A.由题图知=-=, 所以T=,即ω=3, 当x=时,y=0, 即3×+φ=2kπ-,k∈Z, 所以φ=2kπ-,k∈Z, 即k=1时,φ=-, 所以f(x)=Acos. 即Acos=-,得A=, 所以f(x)=cos, 故f=cos=-. 三角函数图象与性质的应用(高频考点) 三角函数图象与性质的应用是每年高考的重点,既有选择题、填空题,也有解答题,难度适中.主要命题角度有: (1)三角函数模型的实际应用; (2)与三角函数有关的零点(方程根)问题; (3)三角函数的图象与性质的综合问题. [典例引领] 角度一 三角函数模型的实际应用 某实验室一天的温度(单位:℃)随时间t(单位:h)的变化近似满足函数关系:f(t)=10-cost-sin t,t∈[0,24),则实验室这一天的最大温差为________℃. 【解析】 因为f(t)=10-2 =10-2sin, 又0≤t<24, 所以≤t+<, 所以-1≤sin≤1. 当t=2时,sin=1; 当t=14时,sin=-1. 于是f(t)在[0,24)上的最大值为12,最小值为8. 故实验室这一天最高温度为12 ℃,最低温度为8 ℃,最大温差为4 ℃. 【答案】 4 角度二 与三角函数有关的零点(方程根)问题 已知关于x的方程2sin2x-sin 2x+m-1=0在上有两个不同的实数根,则m的取值范围是________. 【解析】 方程2sin2x-sin 2x+m-1=0可转化为m=1-2sin2x+sin 2x=cos 2x+sin 2x=2sin,x∈. 设2x+=t,则t∈, 所以题目条件可转化为=sin t,t∈有两个不同的实数根. 所以y=和y=sin t,t∈的图象有两个不同交点,如图: 由图象观察知,的范围为, 故m的取值范围是(-2,-1). 【答案】 (-2,-1) 角度三 三角函数的图象与性质的综合问题 已知函数f(x)=4cos ωx·sin+a(ω>0)图象上最高点的纵坐标为2,且图象上相邻两个最高点的距离为π. (1)求a和ω的值; (2)求函数f(x)在[0,π]上的单调递减区间. 【解】 (1)f(x)=4cos ωx·sin+a =4cos ωx·+a =2sin ωxcos ωx+2cos2ωx-1+1+a =sin 2ωx+cos 2ωx+1+a =2sin+1+a. 当sin=1时,f(x)取得最大值2+1+a=3+a,又f(x)图象上最高点的纵坐标为2, 所以3+a=2,所以a=-1. 又f(x)图象上相邻两个最高点的距离为π, 所以f(x)的最小正周期T=π, 所以2ω==2,所以ω=1. (2)由(1)得f(x)=2sin, 由+2kπ≤2x+≤+2kπ,k∈Z, 得+kπ≤x≤+kπ,k∈Z. 令k=0,得≤x≤, 所以函数f(x)在[0,π]上的单调递减区间为. (1)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,建立数学模型,再利用三角函数的有关知识解决问题. (2)方程根的个数可转化为两个函数图象的交点个数. (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. [通关练习] 1.如图为函数f(x)=Msin(ωx+φ)(M>0,ω>0,≤φ≤π)的部分图象,若点A,B分别为函数f(x)的最高点与最低点,且|AB|=5,那么f(-1)=( ) A.2 B. C.- D.-2 解析:选A.由图可知M=2,f(0)=1,即2sin φ=1,解得sin φ=,又因为≤φ≤π,所以φ=.又A,B两点是函数图象上的最高点和最低点,设A(x1,2),B(x2,-2),由题意知|AB|=5,即=5,解得|x2-x1|=3.由图可知A,B两点横坐标之差的绝对值为最小正周期的一半,即|x2-x1|=,而T=,故=3,解得ω=,所以f(x)=2sin,故f(-1)=2sin=2sin =2,故选A. 2.已知函数f(x)=cos,其中x∈,若f(x)的值域是,则m的取值范围是________. 解析:画出函数的图象. 由x∈,可知≤3x+≤3m+, 因为f=cos=-且f=cos π=-1, 要使f(x)的值域是,只要≤m≤,即m∈. 答案: 五点法作图及图象变换问题 (1)五点法作简图要取好五个关键点,注意曲线的凸凹方向; (2)图象变换时的伸缩、平移总是针对自变量x而言,而不是看角ωx+φ的变化. 由图象确定函数解析式 解决由函数y=Asin(ωx+φ)的图象确定A,ω,φ的问题时,常常以“五点法”中的五个点作为突破口,要从图象的升降情况找准第一个“零点”和第二个“零点”的位置.要善于抓住特殊量和特殊点. 1.(2018·福州综合质量检测)要得到函数f(x)=cos 2x的图象,只需将函数g(x)=sin 2x的图象( ) A.向左平移个周期 B.向右平移个周期 C.向左平移个周期 D.向右平移个周期 解析:选C.因为f(x)=cos 2x=sin=sin,且函数g(x)的周期为=π,所以将函数g(x)=sin 2x的图象向左平移个单位长度,即向左平移个周期,可得函数f(x)=cos 2x的图象,故选C. 2.(2017·高考全国卷Ⅰ)已知曲线C1:y=cos x,C2:y=sin,则下面结论正确的是( ) A.把C1上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移个单位长度,得到曲线C2 B.把C1上各点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向左平移个单位长度,得到曲线C2 C.把C1上各点的横坐标缩短到原来的倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移个单位长度,得到曲线C2 D.把C1上各点的横坐标缩短到原来的倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向左平移个单位长度,得到曲线C2 解析:选D.易知C1:y=cos x=sin,把曲线C1上的各点的横坐标缩短到原来的倍,纵坐标不变,得到函数y=sin的图象,再把所得函数的图象向左平移个单位长度,可得函数y=sin=sin的图象,即曲线C2,故选D. 3.函数f(x)=sin(ωx+φ)的部分图象如图所示,则f(x)的单调递增区间为( ) A.(-1+4kπ,1+4kπ),k∈Z B.(-3+8kπ,1+8kπ),k∈Z C.(-1+4k,1+4k),k∈Z D.(-3+8k,1+8k),k∈Z 解析:选D.由题图,知T=4×(3-1)=8,所以ω==,所以f(x)=sin.把(1,1)代入,得sin=1,即+φ=+2kπ(k∈Z),又|φ|<,所以φ=,所以f(x)=sin.由2kπ-≤x+≤2kπ+(k∈Z),得8k-3≤x≤8k+1(k∈Z),所以函数f(x)的单调递增区间为(8k-3,8k+1)(k∈Z),故选D. 4.(2018·湖南五市十校联考)已知函数f(x)=sin(ωx+φ) 的部分图象如图所示,则=( ) A.-1 B. C. D.1 解析:选B.由已知易得ω=2,由五点法作图可知2×+φ=,得φ=,即f(x)=sin.故f=1,f=,f=-,f=-1,f=-,f=,故=336×+f+f=.故选B. 5.将函数f(x)=sin(2x+φ)的图象向左平移个单位长度后关于原点对称,则函数f(x)在上的最小值为( ) A.- B.- C. D. 解析:选A.将f(x)=sin(2x+φ)的图象向左平移个单位长度得y=sin=sin的图象,该图象关于原点对称,即为奇函数,则+φ=kπ(k∈Z),且|φ|<,所以φ=-,即f(x)=sin,当x∈时,2x-∈,所以当2x-=-,即x=0时,f(x)取得最小值,最小值为-,选A. 6.已知函数f(x)=Atan(ωx+φ),y=f(x)的部分图象如图,则f=________. 解析:由题图可知,T=2=, 所以ω=2,所以2×+φ=kπ+(k∈Z). 又|φ|<,所以φ=. 又f(0)=1,所以Atan=1,得A=1, 所以f(x)=tan, 所以f=tan=tan=. 答案: 7.函数f(x)=sin ωx(ω>0)的图象向左平移个单位长度,所得图象经过点,则ω的最小值是________. 解析:依题意得,函数f=sin(ω>0)的图象过点,于是有f=sin=sin ωπ=0(ω>0),ωπ=kπ,k∈Z,即ω=k∈Z,因此正数ω的最小值是1. 答案:1 8.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)的图象上的一个最高点和与它相邻的一个最低点的距离为2,且过点,则函数f(x)=________. 解析:依题意得 =2,则=2,即ω=,所以f(x)=sin,由于该函数图象过点,因此sin(π+φ)=-,即sin φ=,而-≤φ≤,故φ=,所以f(x)=sin. 答案:sin 9.某同学用“五点法”画函数f(x)=Asin(ωx+φ)在某一个周期内的图象时,列表并填入了部分数据,如下表: ωx+φ 0 π 2π x Asin(ωx+φ) 0 5 -5 0 (1)请将上表数据补充完整,并直接写出函数f(x)的解析式; (2)将y=f(x)图象上所有点向左平行移动θ(θ>0)个单位长度,得到y=g(x)的图象.若y=g(x)图象的一个对称中心为,求θ的最小值. 解:(1)根据表中已知数据,解得A=5,ω=2,φ=-,数据补全如下表: ωx+φ 0 π 2π x π Asin(ωx+φ) 0 5 0 -5 0 且函数解析式为f(x)=5sin. (2)由(1)知 f(x)=5sin, 则g(x)=5sin. 因为函数y=sin x图象的对称中心为(kπ,0),k∈Z, 令2x+2θ-=kπ, 解得x=+-θ,k∈Z. 由于函数y=g(x)的图象关于点成中心对称, 所以令+-θ=, 解得θ=-,k∈Z. 由θ>0可知,当k=1时,θ取得最小值. 10.已知f(x)=2sin+a+1. (1)若x∈R,求f(x)的单调递增区间; (2)当x∈时,f(x)的最大值为4,求a的值; (3)在(2)的条件下,求满足f(x)=1且x∈[-π,π]的x集合. 解:(1)由2kπ-≤2x+≤2kπ+,k∈Z, 可得x∈(k∈Z), 所以f(x)的单调递增区间为(k∈Z). (2)当x=时,f(x)取最大值, f=2sin+a+1=a+3=4, 所以a=1. (3)由f(x)=2sin+2=1可得 sin=-, 则2x+=+2kπ或2x+=π+2kπ,k∈Z, 即x=+kπ或x=+kπ,k∈Z, 又x∈[-π,π], 可解得x=-,-,,, 所以x的集合为. 1.将函数f(x)=sin 2x的图象向右平移φ个单位后得到函数g(x)的图象.若对满足|f(x1)-g(x2)|=2的x1,x2,有|x1-x2|min=,则φ=( ) A. B. C. D. 解析:选D.由已知得g(x)=sin(2x-2φ),满足|f(x1)-g(x2)|=2,不妨设此时y=f(x)和y=g(x)分别取得最大值与最小值,又|x1-x2|min=,令2x1=,2x2-2φ=-,此时|x1-x2|= =,又0<φ<,故φ=,选D. 2.已知函数f(x)=sin(2x+φ),其中φ为实数,若f(x)≤|f|对x∈R恒成立,且f>f(π),则f(x)的单调递增区间是( ) A.(k∈Z) B.(k∈Z) C.(k∈Z) D.(k∈Z) 解析:选C.因为f(x)≤对x∈R恒成立,即==1,所以φ=kπ+(k∈Z).因为f>f(π),所以sin(π+φ)>sin(2π+φ),即sin φ<0,所以φ=-π+2kπ(k∈Z),所以f(x)=sin,所以由三角函数的单调性知2x-∈(k∈Z),得x∈(k∈Z),故选C. 3.(2017·高考天津卷)设函数f(x)=2sin(ωx+φ),x∈R,其中ω>0,|φ|<π.若f=2,f=0,且f(x)的最小正周期大于2π,则( ) A.ω=,φ= B.ω=,φ=- C.ω=,φ=- D.ω=,φ= 解析:选A.由f=2,f=0,f(x)的最小正周期T>2π,可得-==,所以T=3π,所以ω==.再由f=2及|φ|<π得φ=. 4.(2018·南宁模拟)将函数f(x)=sin(ωx+φ)图象上每一点的横坐标缩短为原来的一半,纵坐标不变,再向右平移个单位长度得到y=sin x的图象,则f=________. 解析:y=sin xy=siny=sin, 即f(x)=sin,所以f=sin=sin=. 答案: 5.(2017·高考山东卷)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. 由题设知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-. 6.已知函数f(x)=cos(πx+φ)的部分图象如图所示. (1)求φ及图中x0的值; (2)设g(x)=f(x)+f,求函数g(x)在区间上的最大值和最小值. 解:(1)由题图得f(0)=, 所以cos φ=, 因为0<φ<,故φ=. 由于f(x)的最小正周期等于2, 所以由题图可知1查看更多
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