2020版高考数学一轮复习第3章三角函数、解三角形第3讲三角函数的图象与性质理解析版

第3讲 三角函数的图象与性质1.用五点法作正弦函数和余弦函数的简图正弦函数y ＝sin x ，x ∈[0,2π]的图象上，五个关键点是：(0,0)，⎝ ⎛⎭⎪⎫π2，1，(π，0)，⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2，－1，(2π，0)．余弦函数y ＝cos x ，x ∈[0,2π]的图象上，五个关键点是：(0,1)，⎝ ⎛⎭⎪⎫π2，0，(π，－1)，⎝⎛⎭⎪⎫3π2，0，(2π，1)．2.正弦函数、余弦函数、正切函数的图象和性质1．概念辨析(1)y ＝tan x 在整个定义域上是增函数．( )(2)正弦曲线、余弦曲线相邻两对称中心之间的距离是半个周期．( )(3)由sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6＋2π3＝sin π6知，2π3是正弦函数y ＝sin x (x ∈R )的一个周期．( )(4)三角函数中奇函数一般可化为y ＝A sin ωx 或y ＝A tan ωx 的形式，偶函数一般可化为y ＝A cos ωx ＋b 的形式．( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ 2．小题热身(1)(2017·全国卷Ⅱ)函数f (x )＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x ＋π3的最小正周期为( )A ．4π B．2π C．π D.π2答案 C解析 函数f (x )＝sin ⎝⎛⎭⎪⎫2x ＋π3的最小正周期T ＝2π2＝π.故选C.(2)函数y ＝1－2cos x 的单调递减区间是________． 答案 [2k π－π，2k π](k ∈Z )解析 y ＝1－2cos x 的单调递减区间就是y ＝cos x 的单调递增区间，即[2k π－π，2k π](k ∈Z )．(3)函数y ＝3－2sin ⎝⎛⎭⎪⎫x ＋π4的最大值为________，此时x ＝________.答案 55π4＋2k π(k ∈Z ) 解析 函数y ＝3－2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋π4的最大值为3＋2＝5，此时x ＋π4＝3π2＋2k π，即x ＝5π4＋2k π(k ∈Z )．(4)cos23°，sin68°，cos97°从小到大的顺序是________． 答案 cos97°<cos23°<sin68°解析 sin68°＝sin(90°－22°)＝cos22°. 因为余弦函数y ＝cos x 在[0，π]上是单调递减的， 且22°<23°<97°，所以cos97°<cos23°<cos22°. 即cos97°<cos23°<sin68°.题型 一 三角函数的定义域和值域1．函数f (x )＝－2tan ⎝⎛⎭⎪⎫2x ＋π6的定义域是( ) A ．{x ⎪⎪⎪⎭⎬⎫x ≠π6B ．[x ⎪⎪⎪⎭⎬⎫x ≠－π12C ．{x ⎪⎪⎪⎭⎬⎫x ≠k π＋π6k ∈ZD ．{x ⎪⎪⎪⎭⎬⎫x ≠k π2＋π6k ∈Z答案 D解析 由2x ＋π6≠k π＋π2，k ∈Z ，解得x ≠k π2＋π6，k ∈Z ，所以函数f (x )＝－2tan ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x ＋π6的定义域是 {x ⎪⎪⎪⎭⎬⎫x ≠k π2＋π6，k ∈Z . 2．函数y ＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6x －π3(0≤x ≤9)的最大值与最小值之和为( )A ．2－ 3B ．0C ．－1D ．－1－ 3 答案 A解析 因为0≤x ≤9，所以－π3≤π6x －π3≤7π6，所以sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6x －π3∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤－32，1.所以y ∈[－3，2]，所以y max ＋y min ＝2－ 3.3．(2018·长沙质检)函数y ＝sin x －cos x ＋sin x cos x 的值域为________．答案 ⎣⎢⎡⎦⎥⎤－12－2，1解析 令t ＝sin x －cos x ，则t ＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x －π4∈[－2，2]．由(sin x －cos x )2＝1－2sin x cos x 得 sin x cos x ＝12(1－t 2)，所以y ＝t ＋12(1－t 2)，t ∈[－2，2]的值域即为所求．因为y ＝t ＋12(1－t 2)＝－12(t －1)2＋1，当t ＝－2时，y min ＝－12－2，当t ＝1时，y max ＝1，所以原函数的值域为⎣⎢⎡⎦⎥⎤－12－2，1.1．三角函数定义域的求法求三角函数的定义域实际上是构造简单的三角不等式(组)，常借助三角函数线或三角函数图象来求解．2．三角函数最值或值域的三种求法1．函数y ＝cos x －32的定义域为( ) A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π6，π6 B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π－π6，k π＋π6(k ∈Z ) C.⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π－π6，2k π＋π6(k ∈Z ) D ．R 答案 C 解析 由cos x －32≥0，得cos x ≥32， ∴2k π－π6≤x ≤2k π＋π6，k ∈Z .2．已知函数f (x )＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋π6，其中x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π3，a ，若f (x )的值域是⎣⎢⎡⎦⎥⎤－12，1，则实数a 的取值范围是________．答案 ⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3，π解析 因为x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π3，a ，所以x ＋π6∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π6，a ＋π6.因为x ＋π6∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤－π6，π2时，f (x )的值域是⎣⎢⎡⎦⎥⎤－12，1，由函数y ＝sin x 的图象和性质可知，π2≤a ＋π6≤7π6，解得a ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3，π.3．函数y ＝－cos 2x ＋3cos x －1的最大值为________． 答案 1解析 由题意可得y ＝－⎝ ⎛⎭⎪⎫cos x －322＋54，－1≤cos x ≤1，所以当cos x ＝1时，y max ＝1.题型 二 三角函数的单调性1．(2018·乌鲁木齐一模)已知π3为函数f (x )＝sin(2x ＋φ)⎝⎛⎭⎪⎫0<φ<π2的零点，则函数f (x )的单调递增区间是( )A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π－5π12，2k π＋π12(k ∈Z )B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π＋π12，2k π＋7π12(k ∈Z )C.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π－5π12，k π＋π12(k ∈Z ) D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π＋π12，k π＋7π12(k ∈Z ) 答案 C解析 由于π3为函数f (x )＝sin(2x ＋φ)⎝⎛⎭⎪⎫0<φ<π2的零点，则f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3＝0，所以sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3＋φ＝0，解得φ＝π3，故f (x )＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x ＋π3，令－π2＋2k π≤2x ＋π3≤2k π＋π2(k ∈Z )，解得k π－5π12≤x ≤k π＋π12(k ∈Z )，故函数f (x )的单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π－5π12，k π＋π12(k ∈Z )．2．已知ω>0，函数f (x )＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx ＋π4在⎝ ⎛⎭⎪⎫π2，π上单调递减，则ω的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤12，54B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤12，34 C.⎝ ⎛⎦⎥⎤0，12 D ．(0,2]答案 A解析 由π2<x <π得π2ω＋π4<ωx ＋π4<πω＋π4，由题意知⎝ ⎛⎭⎪⎫π2ω＋π4，πω＋π4⊆⎝ ⎛⎭⎪⎫2k π＋π2，2k π＋3π2(k ∈Z )，当k ＝0时，由⎩⎨⎧π2ω＋π4≥π2，πω＋π4≤3π2，求得12≤ω≤54.3．函数y ＝|tan x |在⎝ ⎛⎭⎪⎫－π2，3π2上的单调减区间为________．答案 ⎝ ⎛⎦⎥⎤－π2，0和⎝ ⎛⎦⎥⎤π2，π解析 如图，观察图象可知，y ＝|tan x |在⎝ ⎛⎭⎪⎫－π2，3π2上的单调减区间为⎝ ⎛⎦⎥⎤－π2，0和⎝ ⎛⎦⎥⎤π2，π.条件探究1 将举例说明1中的函数改为f (x )＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫－2x ＋π3，求其单调减区间． 解 由已知函数为y ＝－sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x －π3，欲求函数的单调减区间，只需求y ＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x －π3的单调增区间．由2k π－π2≤2x －π3≤2k π＋π2，k ∈Z ，得k π－π12≤x ≤k π＋5π12，k ∈Z . 故所给函数的单调减区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤k π－π12，k π＋5π12(k ∈Z )． 条件探究2 若举例说明1中函数的定义域改为[0，π]，求其单调递增区间．解 记A ＝{x ⎪⎪⎪⎭⎬⎫k π－5π12≤x ≤k π＋π12，k ∈Z ，B ＝[0，π]．观察数轴可知A ∩B ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π12∪⎣⎢⎡⎦⎥⎤7π12，π 所以函数y ＝f (x )，x ∈[0，π]的单调递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π12和⎣⎢⎡⎦⎥⎤7π12，π.求三角函数单调区间的两种方法(1)复合函数法(2)图象法画出三角函数的正、余弦曲线，结合图象求它的单调区间.1．在下列给出的函数中，以π为周期且在⎝⎛⎭⎪⎫0，π2上是减函数的是( )A ．y ＝cos x2B ．y ＝cos(－2x )C ．y ＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x ＋π4D ．y ＝tan ⎝⎛⎭⎪⎫x －π4答案 B解析 y ＝cos x2的周期为4π，不符合要求．y ＝cos(－2x )＝cos2x ，令t ＝2x ，t ＝2x 在x ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫0，π2上为增函数，y ＝cos t 在t ∈(0，π)上为减函数，所以y ＝cos(－2x )在⎝⎛⎭⎪⎫0，π2上为减函数，符合要求．同理可得y ＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x ＋π4在⎝ ⎛⎭⎪⎫0，π2上先增后减，y ＝tan ⎝⎛⎭⎪⎫x －π4在⎝⎛⎭⎪⎫0，π2上为增函数．2．已知函数f (x )＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋7π3，设a ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π7，b ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6，c ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3，则a ，b ，c 的大小关系是________．答案 c <a <b解析 f (x )＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋π3＋2π＝2sin ⎝⎛⎭⎪⎫x ＋π3， a ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π7＝2sin10π21，b ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π6＝2sin π2，c ＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3＝2sin 2π3＝2sin π3，因为y ＝sin x 在⎣⎢⎡⎦⎥⎤0，π2上单调递增，且π3<10π21<π2，所以sin π3<sin 10π21<sin π2，即c <a <b .题型 三 三角函数的周期性、奇偶性、对称性角度1 三角函数的周期性1．(2018·全国卷Ⅲ)函数f (x )＝tan x1＋tan 2x 的最小正周期为( )A.π4 B.π2C ．π D．2π 答案C解析 由已知得f (x )＝tan x 1＋tan 2x ＝sin xcos x 1＋⎝ ⎛⎭⎪⎫sin x cos x 2＝sin x cos x ＝12sin2x ，f (x )的最小正周期T ＝2π2＝π.故选C. 角度2 三角函数的奇偶性2．(2018·烟台检测)若函数f (x )＝cos ⎝⎛⎭⎪⎫2x ＋φ－π3(0<φ<π)是奇函数，则φ＝________.答案5π6解析 因为f (x )为奇函数，所以φ－π3＝π2＋k π(k ∈Z )，φ＝5π6＋k π，k ∈Z .又因为0<φ<π，故φ＝5π6.角度3 三角函数图象的对称性 3．函数y ＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x ＋π3的图象( ) A ．关于原点对称 B ．关于点⎝ ⎛⎭⎪⎫－π6，0对称C ．关于y 轴对称D ．关于直线x ＝π6对称答案 B解析 当x ＝0时，y ＝2sin π3＝3，所以A ，C 错误；当x ＝－π6时，y ＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫－π3＋π3＝0，所以B 正确； 当x ＝π6时，y ＝2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3＋π3＝3，所以D 错误．1.周期的计算方法：利用函数y ＝A sin(ωx ＋φ)，y ＝A cos(ωx ＋φ)(ω>0)的周期为2πω，函数y ＝A tan(ωx ＋φ)(ω>0)的周期为πω求解．2．函数具有奇偶性的充要条件函数y ＝A sin(ωx ＋φ)(x ∈R )是奇函数⇔φ＝k π(k ∈Z )； 函数y ＝A sin(ωx ＋φ)(x ∈R )是偶函数⇔φ＝k π＋π2(k ∈Z )；函数y ＝A cos(ωx ＋φ)(x ∈R )是奇函数⇔φ＝k π＋π2(k ∈Z )；函数y ＝A cos(ωx ＋φ)(x ∈R )是偶函数⇔φ＝k π(k ∈Z )． 3．与三角函数有关的图象的对称性问题对于函数y ＝A sin(ωx ＋φ)，其图象的对称轴一定经过函数图象的最高点或最低点，对称中心一定是函数的零点，因此在判断x ＝x 0或点(x 0,0)是否是函数的对称轴或对称中心时，可通过检验f (x 0)的值进行判断.1．关于函数y ＝tan ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x －π3，下列说法正确的是( ) A ．是奇函数B ．在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫0，π3上单调递减C.⎝ ⎛⎭⎪⎫π6，0为其图象的一个对称中心D ．最小正周期为π 答案 C解析 y ＝tan ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x －π3是非奇非偶函数，A 错误；y ＝tan ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x －π3在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫0，π3上单调递增，B 错误；由2x －π3＝k π2得x ＝k π4＋π6(k ∈Z )，得函数y ＝tan ⎝⎛⎭⎪⎫2x －π3的对称中心为⎝ ⎛⎭⎪⎫k π4＋π6，0，k ∈Z ，故C 正确；函数y ＝tan ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x －π3的最小正周期为π2，D 错误．2．(2016·浙江高考)函数y ＝sin x 2的图象是( )答案 D解析 由y ＝sin x 2为偶函数，其图象关于y 轴对称，可以排除A ，C ；当x ＝π2时，y ＝sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π22＝sin π24≠1，排除B ，故选D. 3．(2018·江苏高考)函数f (x )满足f (x ＋4)＝f (x )(x ∈R )，且在区间(－2,2]上，f (x )＝⎩⎪⎨⎪⎧ cos πx 2，0<x ≤2，⎪⎪⎪⎪⎪⎪x ＋12，－2<x ≤0，则f [f (15)]的值为________．答案 22解析 因为f (x ＋4)＝f (x )，函数的周期为4，所以f (15)＝f (－1)，f (－1)＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪－1＋12＝12， 所以f [f (15)]＝f ⎝ ⎛⎭⎪⎫12＝cos π4＝22. 高频考点 三角函数的图象与性质考点分析 纵观近年高考中三角函数的试题，其有关性质几乎每年必考，题目较为简单，综合的知识多数为三角函数本章内的知识，通过有效地复习完全可以掌握此类题型的解法，并在高考中拿全分．[典例1] (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上单调递减 答案 D解析 因为f (x )＝cos ⎝⎛⎭⎪⎫x ＋π3的周期为2k π(k ∈Z )，所以f (x )的一个周期为－2π，A 项正确．因为f (x )＝cos ⎝⎛⎭⎪⎫x ＋π3的图象的对称轴为直线x ＝k π－π3(k ∈Z )，所以y ＝f (x )的图象关于直线x ＝8π3对称，B 项正确．f (x ＋π)＝cos ⎝⎛⎭⎪⎫x ＋4π3.令x ＋4π3＝k π＋π2(k ∈Z )，得x ＝k π－56π，当k ＝1时，x ＝π6，所以f (x ＋π)的一个零点为x ＝π6，C 项正确．因为f (x )＝cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋π3的递减区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π－π3，2k π＋2π3(k ∈Z )，递增区间为⎣⎢⎡⎦⎥⎤2k π＋2π3，2k π＋5π3(k ∈Z )，所以⎝ ⎛⎭⎪⎫π2，2π3是减区间，⎣⎢⎡⎭⎪⎫2π3，π是增区间，D 项错误．故选D.[典例2] (2018·北京高考)设函数f (x )＝cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωx －π6(ω>0)．若f (x )≤f ⎝ ⎛⎭⎪⎫π4对任意的实数x 都成立，则ω的最小值为________．答案 23解析 结合余弦函数的图象得π4ω－π6＝2k π，k ∈Z ，解得ω＝8k ＋23，k ∈Z .又∵ω>0，∴当k ＝0时，ω取得最小值，最小值为23. 方法指导 函数y ＝A sin(ωx ＋φ)(A >0，ω>0)的性质(1)奇偶性：φ＝k π(k ∈Z )时，函数y ＝A sin(ωx ＋φ)为奇函数；φ＝k π＋π2(k ∈Z )时，函数y ＝A sin(ωx ＋φ)为偶函数．(原理：诱导公式、y ＝A sin ωx 为奇函数、y ＝A cos ωx ＋b 为偶函数)(2)周期性：y ＝A sin(ωx ＋φ)存在周期性，其最小正周期为T ＝2πω. (3)单调性：根据y ＝sin t 和t ＝ωx ＋φ的单调性来研究，由－π2＋2k π≤ωx ＋φ≤π2＋2k π，k ∈Z 得单调递增区间；由π2＋2k π≤ωx ＋φ≤3π2＋2k π，k ∈Z 得单调递减区间．(原理：复合函数同增异减)(4)对称性：利用y ＝sin x 的对称中心为(k π，0)(k ∈Z )求解，令ωx ＋φ＝k π(k ∈Z )，求得x .利用y ＝sin x 的对称轴为x ＝k π＋π2(k ∈Z )求解，令ωx ＋φ＝k π＋π2(k ∈Z )，求得其对称轴．(原理：对称中心、对称轴处函数值的特点)注意：明确推导以上结论的原理，可以类似推出y ＝A cos(ωx ＋φ)、y ＝A tan(ωx ＋φ)的相关性质.。