2018届高三理科数学二轮复习讲义:模块2 专题2 第1讲 三角函数的图象与性质

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专题二 三角函数、平面向量 第一讲 三角函数的图象与性质高考导航 三角函数的图象,主要涉及图象变换问题以及由图象确定函数解析式问题. 2.三角函数的性质,通常是给出函数解析式,先进行三角变换,将其转化为y =A sin(ωx +φ)的形式再研究其性质(如单调性、值域、对称性),或知道某三角函数的图象或性质求其解析式,再研究其他性质.1.(2016·四川卷)为了得到函数y =sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x -π3的图象,只需把函数y =sin2x的图象上所有的点( )A .向左平行移动π3个单位长度 B .向右平行移动π3个单位长度 C .向左平行移动π6个单位长度 D .向右平行移动π6个单位长度[解析] 因为y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π3=sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6,所以只需把函数y =sin2x 的图象上所有的点向右平行移动π6个单位长度即可,故选D.[答案] D2.(2017·全国卷Ⅲ)设函数f (x )=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π3,则下列结论错误的是( ) A .f (x )的一个周期为-2πB .y =f (x )的图象关于直线x =8π3对称 C .f (x +π)的一个零点为x =π6D .f (x )在⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,π单调递减 [解析] f (x )的最小正周期为2π,易知A 正确;f ⎝ ⎛⎭⎪⎫8π3=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫83π+π3=cos3π=-1,为f (x )的最小值,故B 正确;∵f (x +π)=cos ⎝⎛⎭⎪⎫x +π+π3=-cos ⎝⎛⎭⎪⎫x +π3,∴f ⎝⎛⎭⎪⎫π6+π=-cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6+π3=-cos π2=0,故C 正确;由于f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3+π3=cosπ=-1,为f (x )的最小值,故f (x )在⎝⎛⎭⎪⎫π2,π上不单调,故D 错误.[答案] D3.(2017·全国卷Ⅱ)函数f (x )=sin 2x +3cos x -34⎝ ⎛⎭⎪⎫x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π2的最大值是________.[解析] ∵f (x )=sin 2x +3cos x -34=-cos 2x +3cos x +14=-⎝⎛⎭⎪⎫cos x -322+1,又∵0≤x ≤π2,∴0≤cos x ≤1.∴当cos x =32时,f (x )有最大值,最大值为1.[答案] 14.(2017·浙江卷)已知函数f (x )=sin 2x -cos 2x -23sin x cos x (x ∈R ).(1)求f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3的值;(2)求f (x )的最小正周期及单调递增区间. [解] (1)由sin 2π3=32,cos 2π3=-12,f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3=⎝ ⎛⎭⎪⎫322-⎝ ⎛⎭⎪⎫-122-23×32×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12, 得f ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3=2.(2)由cos2x =cos 2x -sin 2x 与sin2x =2sin x cos x 得 f (x )=-cos2x -3sin2x =-2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6. 所以f (x )的最小正周期是π. 由正弦函数的性质得π2+2k π≤2x +π6≤3π2+2k π,k ∈Z , 解得π6+k π≤x ≤2π3+k π,k ∈Z ,所以f (x )的单调递增区间是⎣⎢⎡⎦⎥⎤π6+k π,2π3+k π(k ∈Z ).考点一 三角函数的概念、诱导公式及基本关系式 1.三角函数的定义若角α的终边过点P (x ,y ),则sin α=y r ,cos α=x r ,tan α=yx (其中r =x 2+y 2). 2.诱导公式(1)sin(2k π+α)=sin α(k ∈Z ),cos(2k π+α)=cos α(k ∈Z ),tan(2k π+α)=tan α(k∈Z ).(2)sin(π+α)=-sin α,cos(π+α)=-cos α,tan(π+α)==tan α. (3)sin(-α)=-sin α,cos(-α)=cos α,tan(-α)=-tan α. (4)s in(π-α)=sin α,cos(π-α)=-cos α,tan(π-α)=-tan α.(5)sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-α=cos α,cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-α=sin α, sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+α=cos α,cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+α=-sin α. 3.基本关系sin 2x +cos 2x =1,tan x =sin x cos x .[对点训练]1.已知sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫-5π6+x =15,则cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π3=( )A .-15 B.15 C.25 D .-25 [解析] cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π3=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3-x=sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2-⎝ ⎛⎭⎪⎫π3-x =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6+x=-sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫-π+π6+x =-sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫-5π6+x =-15.[答案] A2.已知P (sin40°,-cos140°)为锐角α终边上的点,则α=( ) A .40° B .50° C .70° D .80°[解析] ∵P (sin40°,-cos140°)为角α终边上的点,因而tan α=-cos140°sin40°=-cos (90°+50°)sin (90°-50°)=sin50°cos50°=tan50°,又α为锐角,则α=50°,故选B.[答案] B3.已知α为锐角,且2tan(π-α)-3cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+β+5=0, tan(π+α)+6sin(π+β)=1,则sin α的值是( ) A.355 B.377 C.31010 D.13[解析] 由已知可得-2tan α+3sin β+5=0,tan α-6sin β-1=0,可解得tan α=3,又α为锐角,故sin α=31010.[答案] C4.若θ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,π,则 1-2sin (π+θ)sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2-θ=________. [解析] 因为1-2sin (π+θ)sin ⎝⎛⎭⎪⎫3π2-θ=1-2sin θcos θ=(sin θ-cos θ)2=|sin θ-cos θ|,又θ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,π,所以原式=sin θ-cos θ.[答案] sin θ-cos θ利用诱导公式进行化简求值的3步利用公式化任意角的三角函数为锐角三角函数,其三步骤记为:去负→脱周→化锐.特别注意函数名称和符号的确定.【易错提醒】 “奇变偶不变,符号看象限”,把角看作“k ·π2+α,k ∈Z ”的形式.考点二 三角函数的图象与解析式1.“五点法”作函数y =A sin(ωx +φ)的图象设z =ωx +φ,令z =0,π2,π,3π2,2π,求出x 的值与相应的y 的值,描点、连线可得.2.两种图象变换[解] (1)因为f (x )=sin ⎝⎛⎭⎪⎫ωx -π6+sin ⎝⎛⎭⎪⎫ωx -π2,所以f (x )=32sin ωx -12cos ωx -cos ωx =32sin ωx -32cos ωx=3⎝ ⎛⎭⎪⎫12sin ωx -32cos ωx=3sin ⎝⎛⎭⎪⎫ωx -π3. 由题设知f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6=0,所以ωπ6-π3=k π,k ∈Z .故ω=6k +2,k ∈Z ,又0<ω<3,所以ω=2. (2)由(1)得f (x )=3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π3, 所以g (x )=3sin ⎝⎛⎭⎪⎫x +π4-π3=3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π12. 因为x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π4,3π4,所以x -π12∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π3,2π3,当x -π12=-π3,即x =-π4时,g (x )取得最小值-32.[探究追问] (1)在本例中将f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6=0改为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫512π=3,其余条件不变,求ω的值.(2)本例中将f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6=0改为若函数图象上相邻两个对称中心之间的距离为π2,其余条件不变,求ω的值.(3)本例中将f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6=0改为若函数图象上最高点与最低点距离的最小值为π24+12,其余条件不变,求ω的值.(4)设函数g (x )=3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π12,若x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π4,3π4, g (x )≥m 恒成立,求实数m 的取值范围. [解] (1)由题意得f (x )=3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π3,则由f ⎝ ⎛⎭⎪⎫5π12=3可得,3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫5ωπ12-π3=3, 即sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫5ωπ12-π3=1,所以5ωπ12-π3=2k π+π2,k ∈Z ,解得ω=245k +2,k ∈Z . 因为0<ω<3,所以ω=2. (2)由题意得f (x )=3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π3, 因为相邻两个对称中心之间的距离为π2, 所以函数的周期T =2×π2=π,所以ω=2πT =2. (3)由题意得f (x )=3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π3,所以函数f (x )的最大值为3,最小值为-3,不妨设最高点A (x 1,3),最低点B (x 2,-3),则|AB |=(x 1-x 2)2+(23)2=(x 1-x 2)2+12.由题意知|AB |的最小值为π24+12,所以|x 1-x 2|≥π2,所以函数的周期T =2×π2=π,所以ω=2πT =2.(4)由[典例1]可知,g (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π4,3π4上的最小值为-32,所以m ≤-32.(1)此类题目是三角函数问题中的典型题型,该题综合考查了三角函数的诱导公式、三角恒等变换、由三角函数值求参数、三角函数图象的变换、三角函数在指定区间上的最值等,考查运算求解能力、逻辑推理能力以及转化与化归思想、应用意识等。

第(1)问,突破传统的由函数周期求ω的命题思路,利用三角函数的一个零点以及ω的取值范围求ω的值,构思巧妙,尤其是几个探究追问,更将与ω有关的量展示的淋漓尽致.第(2)问考查函数在指定区间上的最值问题,函数g (x )解析式的给出融合了三角函数图象的伸缩、平移变换,增加了试题难度。

而追问(4)将恒成立问题转化为最值问题,是常见的转化策略.(2)三角函数图象问题的处理策略①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.②在利用图象求三角函数y =A sin(ωx +φ)的有关参数时,注意直接从图中观察振幅、周期,即可求出A 、ω,然后根据图象过某一特殊点求φ,若是利用零点值来求,则要注意是ωx +φ=k π(k ∈Z ),根据点在单调区间上的关系来确定一个k 的值.【易错提醒】 一般地,由最高点或最低点确定的φ唯一,由零点确定的φ不唯一,需依据图象的升降进行取舍.[对点训练]1.(2017·全国卷Ⅰ)已知曲线C 1:y =cos x ,C 2:y =sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x +2π3,则下面结论正确的是( )A .把C 1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π6个单位长度,得到曲线C 2B .把C 1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π12个单位长度,得到曲线C 2C .把C 1上各点的横坐标缩短到原来的12倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向右平移π6个单位长度,得到曲线C 2D .把C 1上各点的横坐标缩短到原来的12倍,纵坐标不变,再把得到的曲线向左平移π12个单位长度,得到曲线C 2[解析] y =sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x +2π3=cos ⎝⎛⎭⎪⎫2x +2π3-π2=cos ⎝⎛⎭⎪⎫2x +π6=cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝⎛⎭⎪⎫x +π12.由y =cos x 的图象得到y =cos2x 的图象,需将曲线C 1上各点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变;由y =cos2x 的图象得到y =cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π12的图象,需将y =cos2x 的图象上的各点向左平移π12个单位长度,故选D.[答案] D2.(2017·洛阳统考)已知函数f (x )=A sin(ωx +φ)⎝ ⎛⎭⎪⎫A >0,ω>0,|φ|<π2的部分图象如图所示,则f (x )的解析式是( )A .f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫3x +π3B .f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π3C .f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π3 D .f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6 [解析] 由题中图象可知T 4=5π12-π6,∴T =π,∴ω=2πT =2,故排除A 、C ,把x =π6代入检验知,选项D 符合题意.[答案] D考点三 三角函数的性质1.三角函数的单调区间y =sin x 的单调递增区间是⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π-π2,2k π+π2(k ∈Z ),单调递减区间是⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π+π2,2k π+3π2(k ∈Z );y =cos x 的单调递增区间是[2k π-π,2k π](k ∈Z ),单调递减区间是[2k π,2k π+π](k ∈Z );y =tan x 的递增区间是⎝ ⎛⎭⎪⎫k π-π2,k π+π2(k ∈Z ). 2.三角函数的奇偶性与对称性y =A sin(ωx +φ),当φ=k π(k ∈Z )时为奇函数;当φ=k π+π2(k ∈Z )时为偶函数;对称轴方程可由ωx +φ=k π+π2(k ∈Z )求得.y =A cos(ωx +φ),当φ=k π+π2(k ∈Z )时为奇函数;当φ=k π(k ∈Z )时为偶函数;对称轴方程可由ωx +φ=k π(k ∈Z )求得.y =A tan(ωx +φ),当φ=k π(k ∈Z )时为奇函数.A .关于直线x =π12对称B .关于直线x =5π12对称C .关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫π12,0对称D .关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫5π12,0对称,[解析] ∵f (x )的最小正周期为π,∴2πω=π,ω=2,∴f (x )的图象向右平移π3个单位后得到g (x )=sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π3+φ=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -2π3+φ的图象,又g (x )的图象关于原点对称,∴-2π3+φ=k π,k ∈Z ,φ=2π3+k π,k ∈Z ,又|φ|<π2,∴⎪⎪⎪⎪⎪⎪2π3+k π<π2,∴k =-1,φ=-π3,∴f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π3,当x =π12时,2x -π3=-π6,∴A 、C 错误,当x =5π12时,2x -π3=π2,∴B 正确,D 错误. [答案] B[探究追问] 在例2-1中条件不变,若将“图象关于原点对称”改为“图象关于y 轴对称”,则f (x )的图象对称性是怎样的?[解析] g (x )的图象关于y 轴对称,则-2π3+φ=π2+k π,k ∈Z ,可求φ=π6,∴f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6,2x +π6=k π,k ∈Z ,可得x =k π2-π12,k ∈Z ,令k =1,则x =5π12,故选D.[答案] D角度2:求三角函数的单调区间及最值【例2-2】 (2017·山东聊城一中检测)已知函数f (x )=(23cos ωx +sin ωx )sin ωx -sin 2⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+ωx (ω>0),且函数y =f (x )的图象的一个对称中心,到最近的对称轴的距离为π4.(1)求ω的值和函数f (x )的单调递增区间; (2)求函数f (x )在区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π2上的值域. [思维流程] (1)化简函数解析式→ 利用周期性和对称性求ω值→写出f (x )解析式→求f (x )单调递增区间 (2)由x 范围求出角整体范围→利用f (x )单调性和图象求出值域 [解] (1)f (x )=23cos ωx ·sin ωx +sin 2ωx -cos 2ωx =3sin2ωx -cos2ωx =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2ωx -π6. 由f (x )图象的一个对称中心,到最近的对称轴的距离为π4,知14·2π2ω=π4,即ω=1.所以f (x )=2sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x -π6, 令-π2+2k π≤2x -π6≤π2+2k π,k ∈Z . 解得k π-π6≤x ≤k π+π3,k ∈Z .所以f (x )的单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π6+k π,π3+k π(k ∈Z ).(2)因为0≤x ≤π2,所以-π6≤2x -π6≤5π6,所以-12≤sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6≤1,所以-1≤f (x )≤2. 即函数f (x )的值域为[-1,2].(1)求单调区间的两种方法①代换法:求形如y =A sin(ωx +φ)(或y =A cos(ωx +φ))(A ,ω,φ为常数,A ≠0,ω>0)的单调区间时,令ωx +φ=z ,则y =A sin z (或y =A cos z ),然后由复合函数的单调性求得.②图象法:画出三角函数的图象,结合图象求其单调区间. (2)判断对称中心与对称轴利用函数y =A sin(ωx +φ)的对称轴一定经过图象的最高点或最低点,对称中心一定是函数的零点这一性质,通过检验f (x 0)的值进行判断.(3)三角函数的周期的求法①利用公式:y =A sin(ωx +φ)和y =A cos(ωx +φ)的最小正周期为2π|ω|,y =tan(ωx +φ)的最小正周期为π|ω|.②利用图象.[对点训练]1.[角度1](2017·重庆模拟)若函数f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π6(ω>0)的图象相邻两个对称中心之间的距离为π2,则f (x )的一个单调递增区间为( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫-π6,π3 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫-π3,π6 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫π6,2π3 D.⎝ ⎛⎭⎪⎫π3,5π6[解析] 依题意得,f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π6的图象相邻两个对称中心之间的距离为π2,于是有T =2πω=2×π2=π,ω=2,所以f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6.当2k π-π2≤2x -π6≤2k π+π2,k ∈Z ,即k π-π6≤x ≤k π+π3,k ∈Z 时,f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6单调递增.因此结合各选项知,f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6的一个单调递增区间为⎝ ⎛⎭⎪⎫-π6,π3,选A. [答案] A2.[角度2](2017·银川模拟)已知函数f (x )=3sin2x +cos2x 的图象沿x 轴向左平移π6个单位长度,得到函数g (x )的图象.关于函数g (x ),下列说法正确的是( )A .在⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π2上是增函数B .其图象关于直线x =-π4对称 C .函数g (x )是奇函数D .当x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π6,2π3时,函数g (x )的值域是[-2,1][解析] f (x )=3sin2x +cos2x =2⎝ ⎛⎭⎪⎫32sin2x +12cos2x =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6,把函数f (x )的图象沿x 轴向左平移π6个单位长度,得g (x )=f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6=2sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6+π6=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π2=2cos2x . 其图象如图.由图可知,函数在⎣⎢⎡⎦⎥⎤π4,π2上是减函数,A 错误;其图象的对称中心为⎝ ⎛⎭⎪⎫-π4,0,B 错误;函数为偶函数,C 错误;2cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2×π6=1,2cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2×2π3=-1, ∴当x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π6,23π时,函数g (x )的值域是[-2,1],D 正确.故选D.[答案] D热点课题7 函数y =A sin(ωx +φ)的图象和性质的综合应用[感悟体验]1.(2017·湖南省湘中名校高三联考)已知函数f (x )=sin(2x +φ),其中φ为实数,若f (x )≤⎪⎪⎪⎪⎪⎪f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6对x ∈R 恒成立,且f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2>f (π),则f (x )的单调递增区间是( ) A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π-π3,k π+π6(k ∈Z ) B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π,k π+π2(k ∈Z ) C.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π+π6,k π+2π3(k ∈Z )D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π-π2,k π(k ∈Z )[解析] 因为f (x )≤⎪⎪⎪⎪⎪⎪f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6对x ∈R 恒成立,即⎪⎪⎪⎪⎪⎪f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6=⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3+φ=1,所以φ=k π+π6(k ∈Z ).因为f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2>f (π),所以sin(π+φ)>sin(2π+φ),即sin φ<0,所以φ=-56π+2k π(k ∈Z ),所以f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -56π,所以由三角函数的单调性知2x -5π6∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π-π2,2k π+π2(k ∈Z ),得x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π+π6,k π+2π3(k ∈Z ),故选C.[答案] C2.(2017·山西长治联考)已知函数f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx -π6(ω>0),且在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,π2上有且仅有三个零点,若f (0)=-f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,则ω=( )A.23 B .2 C.263 D.143[解析] ∵函数f (x )=sin ⎝⎛⎭⎪⎫ωx -π6(ω>0),f (0)=-f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,即f (0)+f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2=0,∴f (x )的图象关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,0对称,故sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π4ω-π6=0,故有π4ω-π6=k π,k ∈Z .①∵f (x )在⎝⎛⎭⎪⎫0,π2上有且仅有三个零点,故有2πω<π2<32·2πω,∴6>ω>4.②综合①②,结合所给的选项,可得ω=143.故选D.[答案] D。