2018届二轮复习三角函数的图象与性质学案文(全国通用)

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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 .
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