三角函数的六类问题方法谈

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三角函数的六类问题方法谈定安中学 王彦廷摘要:针对目前高考的热点问题——三角函数问题,因其在高考中一般以中低档题出现,对学生来说,这些问题应该较易。

因次本文针对三角函数的六类重、热点问题归纳总结,以巩固所学,提高能力,实现三角函数知识的升级.关键词:三角函数 问题 图象 正文三角函数是数学④的重点内容,也是高考考查的着力点,其中三角函数的概念与性质常以选择题、填空题的形式出现,三角恒等变换常以解答题的形式出现,它们多是容易题或中档题,是不应失分的题目.因为三角函数内容丰富、公式众多,考查形式灵活,其题目也绚丽多姿.本文针对三角函数的六类重、热点问题归纳总结,以巩固所学,提高能力,实现三角函数知识的升级. 一、单调性问题此类问题主要考查三角函数的增减性,各象限中各个三角函数值的符号等.很多情况下,需要通过三角恒等变换将已知函数式化为一个角的一个三角函数式的形式来求解.例1(07湖南文)已知函数2πππ()12sin 2sin cos 888f x x x x ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-++++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭.求:函数()f x 的单调增区间.解析:ππ()cos(2sin(2)44f x x x =+++πππ))2442x x x =++=+=.当2ππ22πk x k -≤≤,即πππ2k x k -≤≤(k ∈Z )时,函数()f x x =是增函数,故函数()f x 的单调递增区间是π[ππ]2k k -,(k ∈Z ).点评:①在求单调区间时,要注意利用诱导公式、特殊角三角函数值、两角和与差公式、倍角公式、函数sin()y A x ωϕ=+的性质等基础知识,考查基本运算能力.利用三角公式将所给函数化为一个角的三角函数。

②在求sin()y A x ωϕ=+的单调区间时还应注意ω的正、负,同学们可以自己求一下π2sin 26y x ⎛⎫=- ⎪⎝⎭的单调递减区间,并与本例所求得的区间对比一下.二、根据三角函数性质确定函数解析式问题这类问题主要考查三角函数图象的性质以及识图的能力.关键是根据图象的位置求出相关参数A ,ω,θ等。

例2(江西)如图,函数π2cos()(00)2y x x >ωθωθ=+∈R ,,≤≤的图象与y 轴相交于点(0,且该函数的最小正周期为π. (1)求θ和ω的值;(2)已知点π02A ⎛⎫⎪⎝⎭,点P 是该函数图象上一点,点00()Q x y ,是PA的中点,当02y =,0ππ2x ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦时,求0x 的值.解析:(1)将0x =,y =2cos()y x ωθ=+cos θ=,因为π02θ≤≤,所以π6θ=.由已知πT =,且0ω>,得2π2π2T πω===. (2)因为点π02A ⎛⎫⎪⎝⎭,,00()Q x y ,是PA的中点,02y =. 所以点P的坐标为0π22x ⎛- ⎝.又因为点P 在π2cos 26y x ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭的图象上,且0ππ2x ≤≤,所以05πc o s 46x ⎛⎫-=⎪⎝⎭, 07π5π19π4666x -≤≤,从而得05π11π466x -=或05π13π466x -=, 即02π3x =或03π4x =.解析:本题主要考查三角函数图象的性质以及识图的能力.解决本题的关键是在于根据图象性质确定所给函数中的参数θ的值,根据题意图象与y轴相交于点(0建立等式关系凭借θ的限制条件就能确定θ的值;本题的第二问实际是已知三角函数值求角问题,利用中点公式借助点00()Q x y ,将点P 表示出来代入函数式,凭借特殊角的三角函数值求角即可. 三、求值与证明问题此类题是高考中出现较多的题型,要求同学们掌握从题设条件入手、以题目结论或要求为目标,正确运用各类三角公式,消除角的差异,实现函数名称的转化,达到解(证)题的目的.深刻理解三角函数的概念,熟练掌握各类三角公式,熟悉三角恒等变换的常用思想方法和变换技巧,是解决问题的关键. 例3(2007四川)已知cos α=71,cos(α-β)=1413,且0<β<α<2π,(Ⅰ)求tan2α的值;(Ⅱ)求β.解析:(Ⅰ)由1cos 7α=,π02α<<,得sin α==.∴sin 7tan cos 1ααα===于是22tan tan 21tan ααα===- (Ⅱ)由π02βα<<<,得02παβ<-<.又∵13cos()14αβ-=,∴sin()14αβ-===. 由()βααβ=--,得cos cos[()]βααβ=--cos cos()sin sin()ααβααβ=-+-11317142=⨯=,∴π3β=.点评:本题考查三角恒等变形的主要基本公式、三角函数值的符号、已知三角函数值求角以及计算能力.根据已知求解具有限制条件角的三角函数值时,首先确定所求角的范围,然后适当进行角的变换利用三角公式进行求值即可. 四、最值或值域问题这是在考试中出现频率很高的一类题型,要求掌握基本的三角公式和正弦、余弦等基本三角函数的值域.解题时,常常进行降次处理,尽量将异名三角函数化为同名三角函数,将不同的角化为相同的角.例4(2007湖北理)已知ABC △的面积为3,且满足0≤∙≤6,设AB 和AC 的夹角为θ. (I )求θ的取值范围;(II )求函数2()2sin 24f θθθ⎛⎫=+- ⎪⎝⎭π的最大值与最小值.解析:(Ⅰ)设ABC △中角AB C ,,的对边分别为a b c ,,, 则由1sin 32bc θ=,0cos 6bc θ≤≤,可得0cot 1θ≤≤,ππ42θ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦,∴.(Ⅱ)2π()2sin 24f θθθ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭π1cos 222θθ⎡⎤⎛⎫=-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦(1sin 2)θθ=+πsin 2212sin 213θθθ⎛⎫=+=-+ ⎪⎝⎭.ππ42θ⎡⎤∈⎢⎥⎣⎦,∵,ππ2π2363θ⎡⎤-∈⎢⎥⎣⎦,,π22sin 2133θ⎛⎫-+ ⎪⎝⎭∴≤≤.即当5π12θ=时,max ()3f θ=;当π4θ=时,min ()2f θ=. 点评:本题主要考查平面向量数量积的计算、解三角形、三角公式、三角函数的性质等基本知识,考查推理和运算能力. 五、实际应用问题这类问题主要考查利用三角函数的性质及三角恒等变换解决有关实际应用问题.解题的关键是利用三角函数表示出各有关元素,从而建立起函数关系. 例5(2007海南)如图,测量河对岸的塔高AB 时,可以选与塔底B 在同一水平面内的两个侧点C 与D .现测得BCD BDC CD s αβ∠=∠==,,,并在点C 测得塔顶A 的仰角为θ,求塔高AB .解:在BCD △中,πCBD αβ∠=--. 由正弦定理得sin sin BC CDBDC CBD=∠∠.所以sin sin sin sin()CD BDC s BC CBD βαβ∠==∠+·.在ABC Rt △中,tan sin tan sin()s AB BC ACB θβαβ=∠=+·.点评:本题考查正弦余弦定理应用及应用所学知识解决实际问题的能力.解三角形应按照由易到难的顺序来求解,选用边角时尽量避免复杂运算,有时需要对一些复杂图形特殊处理,平面几何知识“功不可没”.六、图象变换问题三角函数的图象变换是一个重点内容.解这类问题,先通过三角恒等变换将函数化为sin()y A x ωϕ=+(00)A ω>>,的形式,然后再探索其图象是由正弦曲线经过怎样的平移变换、伸缩变换或振幅变换得到的.特别需要注意的是:在图象变换中,无论是“先平移后伸缩”,还是“先伸缩后平移”,须记清每次变换均对“x ”而言.例6 已知函数22sin 2sin cos 3cos 1y x x x x =++-,x ∈R .该函数的图象可由sin y x =,x ∈R 的图象经过怎样的变换而得到?解:22sin 2sin cos 3cos 1y x x x x =++-2sin 22cos sin 2cos 21x x x x =+=++π214x ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭.将函数sin y x =依次作如下变换: (1)把函数sin y x =的图象向左平移π4,得到函数πsin 4y x ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭的图象; (2)把得到的图象上各点横坐标缩短到原来的12倍(纵坐标不变),得到函数πsin 24y x ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭的图象;(3,得到函数π24y x ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭的图象;(4)把得到的函数图象向上平移1个单位长度,得到函数π214y x ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭的图象.综上得到函数22sin 2sin cos 3cos 1y x x x x =++-的图象.点评:由sin y x =的图象变换得到sin()y A x ωϕ=+的图象,一般先作平移变换,后作伸缩变换,即si ns in y x y x y xϕωϕωϕ=→=+→=+.如果先作伸缩变换,后作平移变换,则左(右)平移时不是ϕ个单位,而是ϕω个单位,即sin()sin()y x y x ωωϕ=→=+是左(右)平移ϕω个单位长度. 总之,三角函数是中学数学学习中重要的基本初等函数之一,与代数、几何有着密切的联系,是解决数学问题的一种有利工具.三角函数作为中学数学的基础内容,在高考试题中年年呈现,多数以中低档题出现,可以独立命题,也可以与其它知识综合渗透.以上仅是对三角函数中的六类问题的总结,不当之处,还请指正。