三角函数的图象与性质
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三角函数的图象与性质一、知识网络三、知识要点(一)三角函数的性质1、定义域与值域2、奇偶性(1)基本函数的奇偶性奇函数:y=sinx,y=tanx;偶函数:y=cosx.(2)型三角函数的奇偶性(ⅰ)g(x)=(x∈R)g(x)为偶函数由此得;同理,为奇函数 .(ⅱ)为偶函数;为奇函数.3、周期性(1)基本公式(ⅰ)基本三角函数的周期y=sinx,y=cosx的周期为;y=tanx,y=cotx的周期为 .(ⅱ)型三角函数的周期的周期为;的周期为 .(2)认知(ⅰ)型函数的周期的周期为;的周期为 .(ⅱ)的周期的周期为;的周期为 .均同它们不加绝对值时的周期相同,即对y=的解析式施加绝对值后,该函数的周期不变.注意这一点与(ⅰ)的区别.(ⅱ)若函数为型两位函数之和,则探求周期适于“最小公倍数法”.(ⅲ)探求其它“杂”三角函数的周期,基本策略是试验――猜想――证明.(3)特殊情形研究(ⅰ)y=tanx-cotx的最小正周期为;(ⅱ)的最小正周期为;(ⅲ)y=sin4x+cos4x的最小正周期为 .由此领悟“最小公倍数法”的适用类型,以防施错对象.4、单调性(1)基本三角函数的单调区间(族)依从三角函数图象识证“三部曲”:①选周期:在原点附近选取那个包含全部锐角,单调区间完整,并且最好关于原点对称的一个周期;②写特解:在所选周期内写出函数的增区间(或减区间);③获通解:在②中所得特解区间两端加上有关函数的最小正周期的整数倍,即得这一函数的增区间族(或减区间族)循着上述三部曲,便可得出课本中规范的三角函数的单调区间族.揭示:上述“三部曲”也适合于寻求简单三角不等式的解集或探求三角函数的定义域.(2)y=型三角函数的单调区间此类三角函数单调区间的寻求“三部曲”为①换元、分解:令u=,将所给函数分解为内、外两层:y=f(u),u=;②套用公式:根据对复合函数单调性的认知,确定出f(u)的单调性,而后利用(1)中公式写出关于u的不等式;③还原、结论:将u=代入②中u的不等式,解出x的取值范围,并用集合或区间形成结论.(二)三角函数的图象1、对称轴与对称中心(1)基本三角函数图象的对称性(ⅰ)正弦曲线y=sinx的对称轴为;正弦曲线y=sinx的对称中心为(,0) .(ⅱ)余弦曲线y=cosx的对称轴为;余弦曲线y=cosx的对称中心(ⅲ)正切曲线y=tanx的对称中心为;正切曲线y=tanx无对称轴.认知:①两弦函数的共性:x=为两弦函数f(x)对称轴为最大值或最小值;(,0)为两弦函数f(x)对称中心=0.②正切函数的个性:(,0)为正切函数f(x)的对称中心=0或不存在.(2)型三角函数的对称性(服从上述认知)(ⅰ)对于g(x)=或g(x)=的图象x=为g(x)对称轴为最值(最大值或最小值);(,0)为两弦函数g(x)对称中心=0.(ⅱ)对于g(x)=的图象(,0)为两弦函数g(x)的对称中心=0或不存在.2、基本变换(1)对称变换(2)振幅变换(纵向伸缩)(3)周期变换(横向伸缩)(4)相位变换(左右平移)(5)上、下平移3、y=的图象(1)五点作图法(2)对于A,T,,的认知与寻求:①A:图像上最高点(或最低点)到平衡位置的距离;2A:图像上最高点与最低点在y轴上投影间的距离.②:图象的相邻对称轴(或对称中心)间的距离;:图象的对称轴与相邻对称中心间的距离.:由T=得出. ③:解法一:运用“代点法”求解,以图象的最高点(或最低点)坐标代入为上策,若以图象与x轴交点坐标代入函数式求,则须注意检验,以防所得值为增根;解法二:逆用“五点作图法”的过程(参见经典例题).四、经典例题例1、求下列函数的值域:(1)(2)(3)(4)(5)(6)分析:对于形如(1)(2)(3)的函数求值域,基本策略是(ⅰ)化归为的值域;(ⅱ)转化为sinx(或cosx)的二次函数;对于(4)(5)(6)之类含有绝对值的函数求值域,基本策略则是(ⅰ)在适当的条件下考察y2;(ⅱ)转化为分段函数来处理;(ⅲ)运用其周期性、奇偶性或函数图象对称性转化.解:(1)∵∴,即所求函数的值域为 .(2)由∴∴注意到这里x∈R,,∴∴所求函数的值域为[-1,1].(3)这里令sinx+cosx=t则有且由于是有∵∴因此,所求函数的值域为 .(4)注意到这里y>0,且∵∴即所求函数的值域为 .(5)注意到所给函数为偶函数,又当∴此时同理,当亦有 . ∴所求函数的值域为 .(6)令则易见f(x)为偶函数,且∴是f(x)的一个正周期. ①只需求出f(x)在一个周期上的取值范围.当x∈[0, ]时,又注意到,∴x=为f(x)图象的一条对称轴②∴只需求出f(x)在[0, ]上的最大值.而在[0, ]上,递增. ③亦递增④∴由③④得f(x)在[0, ]上单调递增.∴即⑤于是由①、②、⑤得所求函数的值域为 .点评:解(1)(2)运用的是基本化归方法;解(3)运用的是求解关于sinx+cosx 与sinxcosx的函数值域的特定方法;解(4)借助平方转化;解(5)(6)则是利用函数性质化繁为简,化暗为明.这一点在解(6)时表现得淋漓尽致.例2、求下列函数的周期:(1);(2);(3);(4);(5)分析:与求值域的情形相似,求三角函数的周期,首选是将所给函数化为+k的形式,而后运用已知公式.对于含有绝对值的三角函数,在不能利用已有认知的情况下,设法转化为分段函数来处理.解:(1)==∴所求最小正周期 .(2)===∴所求周期 .(3)=== .注意到的最小正周期为,故所求函数的周期为 .(4)注意到3sinx及-sinx的周期为2,又sinx≥0(或sinx<0)的解区间重复出现的最小正周期为2 . ∴所求函数的周期为2 .(5)注意到sin2x的最小正周期,又sinx≥0(或sinx<0)的解区间重复出现的最小正周期,这里的最小公倍数为 . ∴所求函数的周期 .点评:对于(5),令则由知,是f(x)的一个正周期.①又∴不是f(x)的最小正周期. ②于是由①②知,f(x)的最小正周期为 .在一般情况下,探求上述一类分段函数的周期,仅考虑各段函数的最小正周期的最小公倍数是不够的,还要考虑各分支中的条件区间重复出现的最小正周期.双方结合,方可能获得正确结果.请大家研究的最小正周期,并总结自己的有关感悟与经验.例3、已知函数的部分图象,(1)求的值;(2)求函数图象的对称轴方程和对称中心坐标.解:(1)令,则由题意得f(0)=1∵∴注意到函数图象在所给长度为一个周期的区间的右端点横坐标为,故逆用“五点作图法”得:由此解得∴所求, .(2)由(1)得令,解得,∴函数f(x)图象的对称轴方程为;令解得,∴函数f(x)图象的对称中心坐标为 .点评:前事不忘,后事之师.回顾运用“五点作图法”作出所给三角函数在一个周期内图象的列表、描点过程,便可从中悟出所给函数图象上的五个关键点横坐标满足的等式:例4、(1)函数的单调递增区间为。
第14讲三角函数图象与性质1.正弦函数、余弦函数、正切函数的图象与性质π2.用“五点法”作图,就是令ωx+φ取下列5个特殊值:0, π2, π,3π2, 2π,通过列表,计算五点的坐标,描点得到图象. 3.三角函数图象变换[玩转典例]题型一 三角函数的定义域和值域例1 (1)求函数f (x )=lg sin x +16-x 2的定义域. (2)y =lg(3-tan x ).例2 求下列函数的最大值和最小值和值域. (1)f (x )=sin ⎝⎛⎭⎫2x -π6,x ∈⎣⎡⎦⎤0,π2; (2)f (x )=-2cos 2x +2sin x +3,x ∈⎣⎡⎦⎤π6,5π6.[玩转跟踪]1. 求函数y =tan x +1+lg(1-tan x )的定义域.2.求函数y = log 21sin x-1的定义域.3.函数y =-tan 2x +4tan x +1,x ∈⎣⎡⎦⎤-π4,π4的值域为____________.题型二 三角函数的单调性例3 求函数y =3cos ⎝⎛⎭⎫π3-x 2的单调递增区间.[玩转跟踪]1.求函数y =12log cos ⎝⎛⎭⎫π3-x 2的单调递增区间.2.求函数y =tan ⎝⎛⎭⎫2x -π3的单调区间.题型三 三角函数的周期性对称性和奇偶性 例4 已知函数y =2cos ⎝⎛⎭⎫2x +2π3. (1)在该函数的对称轴中,求离y 轴距离最近的那条对称轴的方程;(2)把该函数的图象向右平移φ个单位长度后,图象关于原点对称,求φ的最小正值.[玩转跟踪]1.把函数y =cos ⎝⎛⎭⎫x +4π3的图象向右平移φ个单位长度,正好关于y 轴对称,求φ的最小正值.2.已知函数f (x )=sin ⎝⎛⎭⎫2ωx -π3(ω>0)的最小正周期为π,则函数f (x )的图象的一条对称轴方程是( )3.在函数①y =cos|2x |;②y =|cos x |;③y =cos ⎝⎛⎭⎫2x +π6;④y =tan ⎝⎛⎭⎫2x -π4中,最小正周期为π的所有函数为( ) A .①②③ B .①③④ C .②④D .①③题型四 三角函数的图像变换例5 把函数y =sin x (x ∈R )的图象上所有的点向左平移π3个单位长度,再把所得图象上所有点的横坐标缩短到原来的12(纵坐标不变),得到的图象所表示的函数是( )A .y =sin ⎝⎛⎭⎫2x -π3,x ∈R B .y =sin ⎝⎛⎭⎫x 2+π6,x ∈R C .y =sin ⎝⎛⎭⎫2x +π3,x ∈R D .y =sin ⎝⎛⎭⎫2x +2π3,x ∈R [玩转跟踪]1.把函数y =f (x )的图象上的各点向右平移π6个单位,再把横坐标伸长到原来的2倍,再把纵坐标缩短到原来的23倍,所得图象的解析式是y =2sin ⎝⎛⎭⎫12x +π3,求f (x )的解析式.题型五 由图象求函数y =A sin(ωx +φ)的解析式例6 如图是函数y =A sin(ωx +φ)⎝⎛⎭⎫A >0,ω>0,|φ|<π2的图象,求A ,ω,φ的值,并确定其函数解析式.[玩转跟踪]1.函数y =A sin(ωx +φ)的部分图象如图所示,则( )A .y =2sin ⎝⎛⎭⎫2x -π6B .y =2sin ⎝⎛⎭⎫2x -π3 C .y =2sin ⎝⎛⎭⎫x +π6 D .y =2sin ⎝⎛⎭⎫x +π3 类型六 函数y =A sin(ωx +φ)性质的应用例7 已知函数y =A sin(ωx +φ)⎝⎛⎭⎫A >0,ω>0,|φ|<π2的图象过点P ⎝⎛⎭⎫π12,0,图象上与P 点最近的一个最高点的坐标为⎝⎛⎭⎫π3,5. (1)求函数解析式; (2)指出函数的增区间; (3)求使y ≤0的x 的取值范围.[玩转跟踪]1.设函数f (x )=sin(2x +φ)(-π<φ<0),函数y =f (x )的图象的一条对称轴是直线x =π8.(1)求φ的值;(2)求函数y =f (x )的单调区间及最值.[玩转练习]1.下列函数中,最小正周期为4π的是( ) A .y =sin x B .y =cos x C .y =sin x2D .y =cos 2x2.已知函数f (x )=sin ⎝⎛⎭⎫ωx +π4(x ∈R ,ω>0)的最小正周期为π,为了得到函数g (x )=cos ωx 的图象,只需将y =f (x )的图象上所有的点( ) A .向左平移π8个单位长度B .向右平移π8个单位长度C .向左平移π4个单位长度D .向右平移π4个单位长度3.函数y =|sin x |的一个单调递增区间是( ) A.⎝⎛⎭⎫-π4,π4 B.⎝⎛⎭⎫π4,3π4 C.⎝⎛⎭⎫π,3π2 D.⎝⎛⎭⎫3π2,2π4.若f (x )=tan ⎝⎛⎭⎫x +π4,则( ) A .f (0)>f (-1)>f (1) B .f (0)>f (1)>f (-1) C .f (1)>f (0)>f (-1) D .f (-1)>f (0)>f (1)5.函数f (x )=A sin(ωx +φ)(A >0,ω>0)的部分图象如图,则其解析式为( )A .f (x )=2sin ⎝⎛⎭⎫x +π4 B .f (x )=sin ⎝⎛⎭⎫2x +π4 C .f (x )=2sin ⎝⎛⎭⎫2x +π4 D .f (x )=2sin ⎝⎛⎭⎫2x -π46.当x ∈⎣⎡⎦⎤π6,7π6时,函数y =3-sin x -2cos 2x 的最小值是________,最大值是________. 7.函数f (x )=2cos ⎝⎛⎭⎫2x -π4的单调递减区间是________. 8.设偶函数f (x )=A sin(ωx +φ)(A >0,ω>0,0<φ<π)的部分图象如图所示,△KLM 为等腰直角三角形,∠KML =90°,|KL |=1,则f ⎝⎛⎭⎫16的值为________.9.已知函数f (x )=A sin(ωx +φ)+B ⎝⎛⎭⎫A >0,ω>0,|φ|<π2的最小正周期为T ,且在一个周期内的图象如图所示.(1)求函数f (x )的解析式;(2)若函数g (x )=f (mx )+1(m >0)的图象关于点M ⎝⎛⎭⎫4π3,0对称,且在区间⎣⎡⎦⎤0,π2上不是单调函数,求m 的取值所构成的集合.10.已知函数f (x )=sin(2x +φ),其中φ为实数,且|φ|<π.若f (x )≤⎪⎪⎪⎪f ⎝⎛⎭⎫π6对x ∈R 恒成立.且f ⎝⎛⎭⎫π2>f (π),求f (x )的单调递增区间.。
三角函数的图象与性质
——正弦函数、余弦函数的性质
【教学目标】
1.理解正、余弦函数的定义域、值域、最值、周期性、奇偶性的意义;
2.会求简单函数的定义域、值域、最小正周期和单调区间;
3.掌握正弦函数的周期及求法。
(n )si y A x ωϕ=+
【教学重点】
正、余弦函数的性质。
【教学难点】
正、余弦函数性质的理解与应用。
【教学过程】
一、讲解新课:
(1)定义域:
正弦函数、余弦函数的定义域都是实数集[或],
R (,)-∞+∞分别记作:
sin y x x ∈R
=,cos ,y x x =∈R
(2)值域
,1sin 1x ≤≤--1cos 1
x ≤≤也就是说,正弦函数、余弦函数的值域都是。
[
]-1,1其中正弦函数,sin y x =x ∈R
(1)当且仅当,时,取得最大值1。
x 2k 2π
π=+k ∈Z (2)当且仅当,时,取得最小值。
x 2k 2π
π=+k ∈Z 1-
而余弦函数,cos y x =x ∈R
当且仅当,时,取得最大值1,时,取得最小值。
2x k π=k ∈Z (21)x k π=+k ∈Z 1-(3)周期性
由,()知:
sin(2)sin x k x π+=cos(2)cos x k x π+=k ∈Z 正弦函数值、余弦函数值是按照一定规律不断重复地取得的。
一般地,对于函数,如果存在一个非零常数,使得当取定义域内的每一个值()f x T x 时,都有,那么函数f(x)就叫做周期函数,非零常数叫做这个函数的周()()f x T f x +=T 期。
由此可知,,,…,,,…(且)都是这两个函数的周期。
2π4π2π-4π-2k πk ∈Z 0k ≠对于一个周期函数
,如果在它所有的周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正()f x 数就叫做
的最小正周期。
()f x 注意:
1.周期函数定义域,则必有,且若则定义域无上界;则定义域x ∈M x T M +∈0T >0T <无下界;
2.“每一个值”只要有一个反例,则就不为周期函数(如)
()f x ()()00¹f x t f x +3.往往是多值的(如,,,…,,,…都是周期)周期中最T sin y x =2π4π2π-4π-T 小的正数叫做的最小正周期(有些周期函数没有最小正周期)
()f x 根据上述定义,可知:正弦函数、余弦函数都是周期函数,(且)都是它的2k πk ∈Z 0k ≠周期,最小正周期是2π
(4)奇偶性
由sin()sin x x
-=-可知:为奇函数
()cos x cosx -=sin y x =为偶函数
cos y x =∴正弦曲线关于原点O 对称,余弦曲线关于y 轴对称
(5)单调性
从,的图象上可看出:
sin y x =3,22x ππ⎡⎤∈-⎢⎥⎣⎦当
时,曲线逐渐上升,的值由增大到1。
,22x ππ⎡⎤∈-⎢⎥⎣⎦sin x 1-当
时,曲线逐渐下降,的值由1减小到。
3x ,22ππ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦sin x 1-结合上述周期性可知:
正弦函数在每一个闭区间上都是增函数,其值从增大到1;
2,222k k ππππ⎡⎤-++⎢⎥⎣⎦()k ∈Z 1-在每一个闭区间上都是减函数,其值从1减小到。
32,2()22k k k ππππ⎡⎤++∈⎢⎥⎣⎦Z 1-余弦函数在每一个闭区间上都是增函数,其值从增加到1;在每一[(2k 1),2k ](k )ππ-∈Z 1-个闭区间上都是减函数,其值从1减小到。
[2,(21)]()k k k ππ+∈Z 1-二、讲解范例:
例1:
求使下列函数取得最大值的自变量的集合,并说出最大值是什么。
x (1),;
cos 1y x =+x ∈R (2),。
sin 2y x =x ∈R 解:(1)使函数,取得最大值的x 的集合,就是使函数,cos 1y x =+x ∈R cos y x =x ∈R 取得最大值的的集合。
x {|2,}x x k k π=∈Z 函数,的最大值是。
cos 1y x =+x ∈R 112=+(2)令,那么必须并且只需,且使函数,取得最大值的2 z x =x ∈R z ∈R y sin z =z ∈R z 的集合是|2,2z z k k ππ⎧⎫=+∈⎨⎬⎩
⎭Z 由,
222x z k π
π==+
得4x k π
π
=+即使函数,取得最大值的x 的集合是。
sin 2y x =x ∈R |,4x x k k ππ⎧⎫=+∈⎨⎬⎩
⎭Z 函数,的最大值是1。
sin 2y x =x ∈R 例2求下列函数的定义域:
(1) (2)1
n 1si x y =+y =解:(1)由,得1sin 0x +≠sin -1
x ≠即
32()2x k k Z ππ≠+∈∴原函数的定义域为3|2,2x x k k ππ⎧⎫≠+∈⎨⎬⎩
⎭Z (2)由得cos 0x ≥22()
22k x k k π
π
ππ-++∈Z ∴原函数的定义域为2,2()22k k k ππππ⎡⎤-++∈⎢⎥⎣
⎦Z 例3求函数的单调区间
cos y x =-
解:由的图象可知:
cos y x =-单调增区间为[2,(21)]()
k k k ππ+∈Z 单调减区间为[(21),2]()
k k k ππ-∈Z 例4求下列三角函数的周期:1.
2. 3.sin 3y x π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭y cos 2x =3sin 25x y π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭解:1.令而 即:3z x π
=+sin(2)sin z z π+=(2)()
f z f z π+=(2)33f x f x πππ⎡⎤⎛⎫++=+ ⎪⎢⎥⎣⎦⎝
⎭
∴周期2T π
=2.令2z x
=∴()cos 2cos cos(2)cos(22)cos[2()]f x x z z x x πππ===+=+=+即:()()
f x f x π+=∴周期T π
=3.令则25x z π=+4()3sin 3sin(2)3sin 23sin (4)2525x x f x z z f x ππππππ+⎛⎫⎛⎫==+=++=+=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭∴周期
4T π=三、课堂练习:
1.求下列函数的周期:
(1)
(2) (3)sin 22cos 346y x x ππ⎛⎫⎛⎫=++- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭sin y x =cos 2cos 21y x x x =+-解:(1)
最小正周期1sin 24y x π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭1T π=最小正周期22cos 36y x π⎛⎫=- ⎪⎝⎭22T 3
π=∴为,的最小公倍数∴T 1T 2T 2πT π
=(2)T π
=
(3)∴2cos 2y x x =+T π
=2. 直接写出下列函数的定义域、值域:
(1)(2)1
1sin x y +=y =解:(1)当时函数有意义,值域:x 2k 2ππ≠-k ∈Z 1,2
⎡⎤+∞⎢⎥⎣⎦
(2)
()时有意义,值域3x 2k ,2k 22ππππ⎡⎤∈++⎢⎥⎣⎦k ∈Z 3.求下列函数的最值:
(1)
(2)(3)y=sin 314y x π⎛⎫=+- ⎪⎝⎭sin 24sin 5y x x =-+x x cos 3cos 3+-解:(1)当
即 x= ()时3242x k ππ
π+=+1232ππ+k k ∈Z max 0y =当即 ()时3242x k π
π
π+=-234k x ππ-=k ∈Z min 2
y =-(2)()sin 221y x =-+∴当 时22x k π
π=-k ∈Z max 10y =当 时22x k π
π=-k ∈Z min 2
y =(3)当 时1
3c 1os x y +=-+2x k ππ=+k ∈Z max 2
y =当 时
2x k π=k ∈Z 1
min 2y =4.函数的最大值为2,最小值为,求,的值。
sin y k x b =+4-k b 解:当时0k >⎩⎨⎧-==⇒⎩⎨⎧-=+-=+1
342b k b k b k 当时(矛盾舍去)∴ 0k <⎩⎨⎧-==⇒⎩
⎨⎧-=+=+-1342b k b k b k 3k =1b =-5.求下列函数的定义域:
(1)2)(3)y =()lg 2si n 1y x =++y =解:(1) ∵∴
3cos 12cos 20x x --≥co 112s x ≤≤
∴定义域为: 223()3k k k ππππ⎡-⎤∈⎢⎥⎣
+⎦Z (2)7122sin 662()1cos 22233k x k x k x k x k ππππππ
ππ⎧⎧-<<+>-⎪⎪⎪⎪⇒∈⎨⎨⎪⎪≥-≤≤+⎪
⎪⎩⎩Z 22()63k x k k π
πππ⇒-<≤+
∈Z ∴定义域为:
(2,2)63k k k π
πππ-+∈Z (3)∵
()cos sin 0x ≥∴22()
22k x k k π
π
ππ-≤≤+∈Z ∵1sin 1
x ≤≤∴
x R ∈1y ≤≤。