2018届二轮复习三角函数的图象与性质学案文(全国通用)
第 1 讲 三角函数的图象与性质
高考定位 三角函数的图象与性质是高考考查的重点和热点内容,主要从以下两个方面进行
考查:1.三角函数的图象,主要涉及图象变换问题以及由图象确定解析式问题,主要以选择
题、填空题的形式考查;2.利用三角函数的性质求解三角函数的值、参数、最值、值域、单
调区间等,主要以解答题的形式考查.
真 题 感 悟
1.(2017·全国Ⅱ卷)函数 f(x)=sin
2x+π
3 的最小正周期为( )
A.4π B.2π
C.π D.π
2
解析 由题意 T=2π
2
=π.
答案 C
2.(2016·全国Ⅱ卷)若将函数 y=2sin 2x 的图象向左平移π
12
个单位长度,则平移后图象的对
称轴为( )
A.x=kπ
2
-π
6
(k∈Z) B.x=kπ
2
+π
6
(k∈Z)
C.x=kπ
2
-π
12
(k∈Z) D.x=kπ
2
+π
12
(k∈Z)
解析 由题意将函数 y=2sin 2x 的图象向左平移π
12
个单位长度后得到函数的解析式为 y=
2sin
2x+π
6 ,由 2x+π
6
=kπ+π
2
(k∈Z)得函数的对称轴为 x=kπ
2
+π
6
(k∈Z).
答案 B
3.(2017·全国Ⅲ卷)设函数 f(x)=cos
x+π
3 ,则下列结论错误的是( )
A.f(x)的一个周期为-2π
B.y=f(x)的图象关于直线 x=8π
3
对称
C.f(x+π)的一个零点为 x=π
6
D.f(x)在
π
2
,π
单调递减
解析 函数 f(x)=cos
x+π
3 的图象可由 y=cos x 的图象向左平移π
3
个单位得到,如图可知,
f(x)在
π
2
,π
上先递减后递增,D 选项错误.
答案 D
4.(2017·全国Ⅱ卷)函数 f(x)=sin2x+ 3cos x-3
4
x∈
0,π
2 的最大值是________.
解析 f(x)=sin2x+ 3cos x-3
4
x∈
0,π
2 ,
f(x)=1-cos2x+ 3cos x-3
4
,
令 cos x=t 且 t∈[0,1],
y=-t2+ 3t+1
4
=-
t- 3
2
2
+1,
则当 t= 3
2
时,f(x)取最大值 1.
答案 1
考 点 整 合
1.常用三种函数的图象与性质(下表中 k∈Z)
函数 y=sin x y=cos x y=tan x
图象
递增区间 2kπ-π
2
,2kπ+π
2 [2kπ-π,2kπ] kπ-π
2
, kπ+π
2
递减区间 2kπ+π
2
,2kπ+3π
2 [2kπ,2kπ+π]
奇偶性 奇函数 偶函数 奇函数
对称中心 (kπ,0) kπ+π
2
,0 kπ
2
,0
对称轴 x=kπ+π
2 x=kπ
周期性 2π 2π π
2.三角函数的常用结论
(1)y=Asin(ωx+φ),当φ=kπ(k∈Z)时为奇函数;
当φ=kπ+π
2
(k∈Z)时为偶函数;对称轴方程可由ωx+φ=kπ+π
2
(k∈Z)求得.
(2)y=Acos(ωx+φ),当φ=kπ+π
2
(k∈Z)时为奇函数;
当φ=kπ(k∈Z)时为偶函数;对称轴方程可由ωx+φ=kπ(k∈Z)求得.
(3)y=Atan(ωx+φ),当φ=kπ(k∈Z)时为奇函数.
3.三角函数的两种常见变换
热点一 三角函数的图象
命题角度 1 三角函数的图象变换
【例 1-1】 某同学用“五点法”画函数 f(x)=Asin(ωx+φ)
ω>0,|φ|<π
2 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
2 π 3π
2 2π
x π
3
5π
6
Asin(ωx+φ) 0 5 -5 0
(1)请将上表数据补充完整,填写在相应位置,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
5π
12
,0
,求θ的最小值.
解 (1)根据表中已知数据,解得 A=5,ω=2,φ=-π
6
.数据补全如下表:
ωx+φ 0 π
2 π 3π
2 2π
x π
12
π
3
7π
12
5π
6
13
12
π
Asin(ωx+φ) 0 5 0 -5 0
且函数表达式为 f(x)=5sin
2x-π
6 .
(2)由(1)知 f(x)=5sin
2x-π
6 ,根据图象平移变换,
得 g(x)=5sin
2x+2θ-π
6 .
因为 y=sin x 的对称中心为(kπ,0),k∈Z.
令 2x+2θ-π
6
=kπ,k∈Z,
解得 x=kπ
2
+π
12
-θ,k∈Z.
由于函数 y=g(x)的图象关于点
5π
12
,0
成中心对称,
令kπ
2
+π
12
-θ=5π
12
,k∈Z,解得θ=kπ
2
-π
3
,k∈Z.
由θ>0 可知,当 k=1 时,θ取得最小值π
6
.
探究提高 1.“五点法”作图
设 z=ωx+φ,令 z=0,π
2
,π,3π
2
,2π,求出 x 的值与相应的 y 的值,描点、连线可得.
2.在图象变换过程中务必分清是先相位变换,还是先周期变换.变换只是相对于其中的自变量
x 而言的,如果 x 的系数不是 1,就要把这个系数提取后再确定变换的单位长度和方向.
命题角度 2 由函数的图象特征求解析式
【例 1-2】 (1)函数 f(x)=Asin(ωx+φ)
A>0,ω>0,|φ|<π
2 的部分图象如图所示,则函
数 f(x)的解析式为( )
A.f(x)=2sin
x-π
6 B.f(x)=2sin
2x-π
3
C.f(x)=2sin
2x+π
12 D.f(x)=2sin
2x-π
6
(2)(2017·济南调研)函数 f(x)=Asin(ωx+φ)
A>0,ω>0,|φ|<π
2 的部分图象如图所示,
若 x1,x2∈
-π
6
,π
3 ,且 f(x1)=f(x2),则 f(x1+x2)=( )
A.1 B.1
2
C. 2
2
D. 3
2
解析 (1)由题意知 A=2,T=4
5π
12
-π
6 =π,ω=2,
因为当 x=5π
12
时取得最大值 2,
所以 2=2sin
2×5π
12
+φ
,
所以 2×5π
12
+φ=2kπ+π
2
,k∈Z,解得φ=2kπ-π
3
,k∈Z,
因为|φ|<π
2
,得φ=-π
3
.
因此函数 f(x)=2sin
2x-π
3 .
(2)观察图象可知,A=1,T=π,则ω=2.
又点
-π
6
,0
是“五点法”中的始点,
∴2×
-π
6 +φ=0,φ=π
3
.
则 f(x)=sin
2x+π
3 .
函数图象的对称轴为 x=
-π
6
+π
3
2
=π
12
.
又 x1,x2∈
-π
6
,π
3 ,且 f(x1)=f(x2),
所以x1+x2
2
=π
12
,则 x1+x2=π
6
,
因此 f(x1+x2)=sin
2×π
6
+π
3 = 3
2
.
答案 (1)B (2)D
探究提高 已知函数 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象求解析式时,常采用待定系数法,
由图中的最高点、最低点或特殊点求 A;由函数的周期确定ω;确定φ常根据“五点法”中的
五个点求解,其中一般把第一个零点作为突破口,可以从图象的升降找准第一个零点的位置.
【训练 1】 (1)(2017·菏泽二模)偶函数 f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的部分
图象如图所示,其中△EFG 是斜边为 4 的等腰直角三角形(E,F 是函数与 x 轴的交点,点 G 在
图象上),则 f(1)的值为( )
A. 2
2
B. 6
2
C. 2 D.2 2
(2)(2017·贵阳调研)已知函数 f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π
2
)的部分图象如
图所示.
①求函数 f(x)的解析式;
②将函数 y=f(x)的图象上各点的纵坐标保持不变,横坐标缩短到原来的1
2
倍,再把所得的函
数图象向左平移π
6
个单位长度,得到函数 y=g(x)的图象,求函数 g(x)在区间
0,π
8 上的最
小值.
(1)解析 依题设,T
2
=|EF|=4,T=8,ω=π
4
.
∵函数 f(x)=Asin(ωx+φ)为偶函数,且 0<φ<π.
∴φ=π
2
,
在等腰直角△EGF 中,易求 A=2.
所以 f(x)=2sin
π
4
x+π
2 =2cosπ
4
x,则 f(1)= 2.
答案 C
(2)解 ①设函数 f(x)的最小正周期为 T,由题图可知
A=1,T
2
=2π
3
-π
6
=π
2
,
即 T=π,所以π=2π
ω
,解得ω=2,
故 f(x)=sin(2x+φ).
由 0=sin
2×π
6
+φ
可得π
3
+φ=2kπ,k∈Z,
则φ=2kπ-π
3
,k∈Z,
因为|φ|<π
2
,所以φ=-π
3
,
故函数 f(x)的解析式为 f(x)=sin
2x-π
3 .
②根据条件得 g(x)=sin
4x+π
3 ,
当 x∈
0,π
8 时,4x+π
3
∈
π
3
,5π
6 ,
所以当 x=π
8
时,g(x)取得最小值,且 g(x)min=1
2
.
热点二 三角函数的性质
命题角度 1 三角函数性质
【例 2-1】 (2016·天津卷)已知函数 f(x)=4tan xsin
π
2
-x
·cos
x-π
3 - 3.
(1)求 f(x)的定义域与最小正周期;
(2)讨论 f(x)在区间
-π
4
,π
4 上的单调性.
解 (1)f(x)的定义域为{x|x≠π
2
+kπ,k∈Z},
f(x)=4tan xcos xcos
x-π
3 - 3
=4sin xcos
x-π
3 - 3
=4sin x
1
2
cos x+ 3
2
sin x
- 3
=2sin xcos x+2 3sin2x- 3
=sin 2x- 3cos 2x
=2sin
2x-π
3 .
所以 f(x)的最小正周期 T=2π
2
=π.
(2)由-π
2
+2kπ≤2x-π
3
≤π
2
+2kπ,k∈Z,
得-π
12
+kπ≤x≤5π
12
+kπ,k∈Z.
设 A=
-π
4
,π
4 ,B= x|-π
12
+kπ≤x≤5π
12
+kπ,k∈Z
,易知 A∩B=
-π
12
,π
4 .
所以当 x∈
-π
4
,π
4 时,f(x)在区间
-π
12
,π
4 上单调递增,在区间
-π
4
,-π
12 上单调递
减.
探究提高 1.讨论三角函数的单调性,研究函数的周期性、奇偶性与对称性,都必须首先利
用辅助角公式,将函数化成一个角的一种三角函数.
2.求函数 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的单调区间,是将ωx+φ作为一个整体代入正弦函
数增区间(或减区间),求出的区间即为 y=Asin(ωx+φ)的增区间(或减区间),但是当 A>0,
ω<0 时,需先利用诱导公式变形为 y=-Asin(-ωx-φ),则 y=Asin(-ωx-φ)的增区
间即为原函数的减区间,减区间即为原函数的增区间.
命题角度 2 三角函数性质的应用
【例 2-2】 (2017·哈尔滨质检)把函数 f(x)=2sin(x+2φ)
|φ|<π
2 的图象向左平移π
2
个
单位长度之后,所得图象关于直线 x=π
4
对称,且 f(0)
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π
6
个单位,再向上平移 1 个单位,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 ωxcosωx+ 3(2sin2ωx-1)
=sin 2ωx- 3cos 2ωx=2sin
2ωx-π
3 .
由最小正周期为π,得ω=1,
所以 f(x)=2sin
2x-π
3 ,
由 2kπ-π
2
≤2x-π
3
≤2kπ+π
2
,k∈Z,
整理得 kπ-π
12
≤x≤kx+5π
12
,k∈Z,
所以函数 f(x)的单调递增区间是
kπ-π
12
,kπ+5π
12 ,k∈Z.
(2)将函数 f(x)的图象向左平移π
6
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+7π
12
或 x=kπ+11π
12
(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+11π
12
=59π
12
.
探究提高 1.研究三角函数的图象与性质,关键是将函数化为 y=Asin(ωx+φ)+B(或 y=
Acos(ωx+φ)+B)的形式,利用正余弦函数与复合函数的性质求解.
2.函数 y=Asin(ωx+φ)(或 y=Acos(ωx+φ))的最小正周期 T= 2π
|ω|
.应特别注意 y=
|Asin(ωx+φ)|的最小正周期为 T= π
|ω|
.
【训练 3】 (2017·山东卷)设函数 f(x)=sin
ωx-π
6 +sin
ωx-π
2 ,其中 0<ω<3,已
知 f
π
6 =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π
4
个单位,得到函数 y=g(x)的图象,求 g(x)在
-π
4
,3π
4 上的最小值.
解 (1)因为 f(x)=sin
ωx-π
6 +sin
ωx-π
2 ,
所以 f(x)= 3
2
sin ωx-1
2
cos ωx-cos ωx
= 3
2
sin ωx-3
2
cos ωx= 3
1
2
sin ωx- 3
2
cos ωx
= 3sin
ωx-π
3 .
由题设知 f
π
6 =0,
所以ωπ
6
-π
3
=kπ,k∈Z,
故ω=6k+2,k∈Z.
又 0<ω<3,所以ω=2.
(2)由(1)得 f(x)= 3sin
2x-π
3 ,
所以 g(x)= 3sin
x+π
4
-π
3 = 3sin
x-π
12 .
因为 x∈
-π
4
,3π
4 ,所以 x-π
12
∈
-π
3
,2π
3 ,
当 x-π
12
=-π
3
,即 x=-π
4
时,g(x)取得最小值-3
2
.
1.已知函数 y=Asin(ωx+φ)+B(A>0,ω>0)的图象求解析式
(1)A=ymax-ymin
2
,B=ymax+ymin
2
.
(2)由函数的周期 T 求ω,ω=2π
T
.
(3)利用“五点法”中相对应的特殊点求φ.
2.运用整体换元法求解单调区间与对称性
类比 y=sin x 的性质,只需将 y=Asin(ωx+φ)中的“ωx+φ”看成 y=sin x 中的“x”,
采用整体代入求解.
(1)令ωx+φ=kπ+π
2
(k∈Z),可求得对称轴方程;
(2)令ωx+φ=kπ(k∈Z),可求得对称中心的横坐标;
(3)将ωx+φ看作整体,可求得 y=Asin(ωx+φ)的单调区间,注意ω的符号.
3.函数 y=Asin(ωx+φ)+B 的性质及应用的求解思路
第一步: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;
第二步: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
及奇偶性、最值、对称性等问题.
一、选择题
1.(2017·山东卷)函数 y= 3sin 2x+cos 2x 的最小正周期为( )
A.π
2
B.2π
3
C.π D.2π
解析 ∵y=2
3
2
sin 2x+1
2
cos 2x
=2sin
2x+π
6 ,
∴T=2π
2
=π.
答案 C
2.(2016·北京卷)将函数 y=sin
2x-π
3 图象上的点 P
π
4
,t
向左平移 s(s>0)个单位长度
得到点 P′.若 P′位于函数 y=sin 2x 的图象上,则( )
A.t=1
2
,s 的最小值为π
6
B.t= 3
2
,s 的最小值为π
6
C.t=1
2
,s 的最小值为π
3
D.t= 3
2
,s 的最小值为π
3
解析 点 P
π
4
,t
在函数 y=sin
2x-π
3 图象上,
则 t=sin
2×π
4
-π
3 =sinπ
6
=1
2
.
又由题意得 y=sin
2(x+s)-π
3 =sin 2x,
故 s=π
6
+kπ,k∈Z,所以 s 的最小值为π
6
.
答案 A
3.(2017·全国Ⅰ卷)已知曲线 C1:y=cos x,C2:y=sin
2x+2π
3 ,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π
6
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π
12
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1
2
倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移π
6
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1
2
倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向左平移π
12
个单位长
度,得到曲线 C2
解析 易知 C1:y=cos x=sin
x+π
2 ,把曲线 C1 上的各点的横坐标缩短到原来的1
2
倍,纵坐
标不变,得到函数 y=sin
2x+π
2 的图象,再把所得函数的图象向左平移π
12
个单位长度,可
得函数 y=sin 2
x+π
12 +π
2 =sin
2x+2π
3 的图象,即曲线 C2,因此 D 项正确.
答案 D
4.(2017·天津卷)设函数 f(x)=2sin(ωx+φ),x∈R,其中ω>0,|φ|<π.若 f
5π
8 =2,
f
11π
8 =0,且 f(x)的最小正周期大于 2π,则( )
A.ω=2
3
,φ=π
12
B.ω=2
3
,φ=-11π
12
C.ω=1
3
,φ=-11π
24
D.ω=1
3
,φ=7π
24
解析 ∵f
5π
8 =2,f
11π
8 =0,且 f(x)的最小正周期大于 2π,
∴f(x)的最小正周期为 4
11π
8
-5π
8 =3π,
∴ω=2π
3π
=2
3
,
∴f(x)=2sin
2
3
x+φ
.
∴2sin
2
3
×5π
8
+φ
=2,得φ=2kπ+π
12
,k∈Z,
又|φ|<π,∴取 k=0,得φ=π
12
.
答案 A
5.(2017·茂名一模)如图,函数 f(x)=Asin(2x+φ)
A>0,|φ|<π
2 的图象过点(0, 3),则
f(x)的图象的一个对称中心是( )
A.
-π
3
,0
B.
-π
6
,0
C.
π
6
,0
D.
π
4
,0
解析 由题中函数图象可知 A=2,由于函数图象过点(0, 3),则 2sin φ= 3,即 sin φ
= 3
2
.
又|φ|<π
2
,所以φ=π
3
.
从而 f(x)=2sin
2x+π
3 .
由 2x+π
3
=kπ,k∈Z,得 x=kπ
2
-π
6
,k∈Z,
取 k=0,得 f(x)图象的一个对称中心
-π
6
,0
.
答案 B
二、填空题
6.(2017·全国Ⅱ卷)函数 f(x)=2cos x+sin x 的最大值为________.
解析 f(x)=2cos x+sin x= 5sin(x+θ),其中 tan θ=2,
∴f(x)的最大值为 5.
答案 5
7.(2016·江苏卷)定义在区间[0,3π]上的函数 y=sin 2x 的图象与 y=cos x 的图象的交点
个数是________.
解析 在区间[0,3π]上分别作出 y=sin 2x 和 y=cos x 的简图如下:
由图象可得两图象有 7 个交点.
答案 7
8.(2015·天津卷)已知函数 f(x)=sin ωx+cos ωx(ω>0),x∈R.若函数 f(x)在区间
(-ω,ω)内单调递增,且函数 y=f(x)的图象关于直线 x=ω对称,则ω的值为________.
解析 f(x)=sin ωx+cos ωx= 2sin
ωx+π
4 ,
因为 f(x)在区间(-ω,ω)内单调递增,且函数图象关于直线 x=ω对称,
所以 f(ω)必为一个周期上的最大值有ω2+π
4
=2kπ+π
2
,k∈Z,所以ω2=π
4
+2kπ,k∈Z.
又ω-(-ω)≤
2π
ω
2
,即ω2≤π
2
,即ω2=π
4
,所以ω= π
2
.
答案 π
2
三、解答题
9.(2017·北京卷)已知函数 f(x)= 3cos
2x-π
3 -2sin xcos x.
(1)求 f(x)的最小正周期;
(2)求证:当 x∈
-π
4
,π
4 时,f(x)≥-1
2
.
(1)解 f(x)= 3cos
2x-π
3 -2sin xcos x
= 3
2
cos 2x+3
2
sin 2x-sin 2x
=1
2
sin 2x+ 3
2
cos 2x=sin
2x+π
3 ,
所以 f(x)的最小正周期 T=2π
2
=π.
(2)证明 由(1)知 f(x)=sin
2x+π
3 .
∵x∈
-π
4
,π
4 ,∴2x+π
3
∈
-π
6
,5π
6 ,
∴当 2x+π
3
=-π
6
,即 x=-π
4
时,f(x)取得最小值-1
2
.
∴f(x)≥-1
2
成立.
10.(2016·山东卷)设 f(x)=2 3sin(π-x)sin x-(sin x-cos x)2.
(1)求 f(x)的单调递增区间;
(2)把 y=f(x)的图象上所有点的横坐标伸长到原来的 2 倍(纵坐标不变),再把得到的图象向
左平移π
3
个单位,得到函数 y=g(x)的图象,求 g
π
6 的值.
解 (1)f(x)=2 3sin(π-x)sin x-(sin x-cos x)2
=2 3sin2x-(1-2sin xcos x)
= 3(1-cos 2x)+sin 2x-1
=sin 2x- 3cos 2x+ 3-1
=2sin
2x-π
3 + 3-1,
令 2kπ-π
2
≤2x-π
3
≤2kπ+π
2
(k∈Z),
解得,kπ-π
12
≤x≤kπ+5π
12
(k∈Z).
所以,f(x)的单调递增区间是
kπ-π
12
,kπ+5π
12 (k∈Z).
(2)由(1)知 f(x)=2sin
2x-π
3 + 3-1,经过变换后,g(x)=2sin x+ 3-1,
所以 g
π
6 =2sin π
6
+ 3-1= 3.
11.(2017·西安模拟)已知函数 f(x)=sin
π
2
-x
sin x- 3cos2x+ 3
2
.
(1)求 f(x)的最大值及取得最大值时 x 的值;
(2)若方程 f(x)=2
3
在(0,π)上的解为 x1,x2,求 cos(x1-x2)的值.
解 (1)f(x)=cos xsin x- 3
2
(2cos2x-1)
=1
2
sin 2x- 3
2
cos 2x=sin
2x-π
3 .
当 2x-π
3
=π
2
+2kπ(k∈Z),即 x= 5
12
π+kπ(k∈Z)时,函数 f(x)取最大值,且最大值为
1.
(2)由(1)知,函数 f(x)图象的对称轴为 x= 5
12
π+kπ,k∈Z,
∴当 x∈(0,π)时,对称轴为 x= 5
12
π.
又方程 f(x)=2
3
在(0,π)上的解为 x1,x2.
∴x1+x2=5
6
π,则 x1=5
6
π-x2,
∴cos(x1-x2)=cos
5
6
π-2x2 =sin
2x2-π
3 ,
又 f(x2)=sin
2x2-π
3 =2
3
,
故 cos(x1-x2)=2
3
.