高中数学 第一章 三角函数 1.4.1 正弦函数、余弦函数的图象学案(含解析)新人教A版必修4
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1.4.1 正弦函数、余弦函数的图象正弦函数的图象[提出问题]问题1:如何用描点法画y =sin x 在[0,2π]上的图象? 提示:列表取值→描点→连线.问题2:如何较准确地画出y =sin x 在[0,2π]上的图象? 提示:利用正弦线.问题3:如果有了正弦函数在[0,2π]上的图象,怎样才能得到在R 上的图象? 提示:因为sin(x +2k π)=sin x (k ∈Z),所以只需将这段图象向左、右两方向平移(每次2π个单位长度)即可得到.[导入新知] 1.正弦曲线正弦函数y =sin x ,x ∈R 的图象叫正弦曲线.2.正弦函数图象的画法 (1)几何法:①利用正弦线画出y =sin x ,x ∈[0,2π]的图象; ②将图象向左、向右平行移动(每次2π个单位长度). (2)五点法:①画出正弦曲线在[0,2π]上的图象的五个关键点(0,0),⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,1,(π,0),⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2,-1,(2π,0),用光滑的曲线连接;②将所得图象向左、向右平行移动(每次2π个单位长度). [化解疑难]y =sin x ,x ∈[0,2π]与y =sin x ,x ∈R 的图象的关系(1)y =sin x ,x ∈[0,2π]的图象是y =sin x ,x ∈R 的图象的一部分.(2)y =sin x ,x ∈R 的图象可由y =sin x ,x ∈[0,2π]的图象左右平移(每次2π个单位长度)得到,因为终边相同的角的三角函数值相等,所以函数y =sin x ,x ∈[2k π,2(k +1)π],k ∈Z 且k ≠0的图象与函数y =sin x ,x ∈[0,2π]的图象的形状完全一样,只是位置不同.余弦函数的图象[提出问题]问题1:根据诱导公式能得到某一角的正弦与余弦之间的等量关系吗? 提示:能, sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2+x =cos x . 问题2:根据关系式sin ⎝⎛⎭⎪⎫x +π2=cos x 怎样才能得到y =cos x 的图象?提示:将正弦曲线向左平移π2个单位长度即可. [导入新知] 1.余弦曲线余弦函数y =cos x ,x ∈R 的图象叫余弦曲线.2.余弦函数图象的画法(1)要得到y =cos x 的图象,只需把y =sin x 的图象向左平移π2个单位长度即可,这是由于cos x =sin ⎝⎛⎭⎪⎫x +π2.(2)用“五点法”:画余弦曲线y =cos x 在[0,2π]上的图象时,所取的五个关键点分别为(0,1),⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,0,(π,-1),⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2,0,(2π,1),再用光滑的曲线连接.[化解疑难]正弦函数、余弦函数图象中五点的确定y =sin x ,x ∈[0,2π]与y =cos x ,x ∈[0,2π]的图象上的关键五点分为两类:①图象与x 轴的交点;②图象上的最高点和最低点.其中y =sin x ,x ∈[0,2π]与x 轴有三个交点:(0,0),(π,0),(2π,0),图象上有一个最高点⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,1,一个最低点⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2,-1;y =cosx ,x ∈[0,2π]与x 轴有两个交点:⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,0,⎝⎛⎭⎪⎫3π2,0,图象上有两个最高点(0,1),(2π,1),一个最低点(π,-1).用“五点法”作简图[例1] 作出下列函数在[-2π,2π]上的图象: (1)y =1-13cos x ;(2)y =⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin ⎝⎛⎭⎪⎫x +3π2.[解] (1)描点⎝ ⎛⎭⎪⎫0,23,⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,1,⎝ ⎛⎭⎪⎫π,43,⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2,1,⎝ ⎛⎭⎪⎫2π,23,连线可得函数在[0,2π]上的图象,关于y 轴作对称图形即得函数在[-2π,2π]上的图象,所得图象如图所示:(2)由于y =⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin ⎝⎛⎭⎪⎫x +3π2=|cos x |,所以只需作出函数y =|cos x |,x ∈[-2π,2π]的图象即可.而函数y =|cos x |,x ∈[-2π,2π]的图象可采用将函数y =cos x ,x ∈[-2π,2π]的图象在x 轴下方的部分翻折到x 轴上方的方法得到,所得图象如图中实线所示:[类题通法]用“五点法”画函数y =A sin x +b (A ≠0)或y =A cos x +b (A ≠0)在[0,2π]上的简图的步骤如下:(1)列表:x0 π2 π 3π2 2π sin x (或cos x )y(2)描点:在平面直角坐标系中描出下列五个点:(0,y ),⎝ ⎛⎭⎪⎫2,y ,(π,y ),⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2,y ,(2π,y ),这里的y 是通过函数式计算得到的.(3)连线:用光滑的曲线将描出的五个点连接起来,不要用线段进行连接. [活学活用]1.画出函数y =3+2cos x ,x ∈[0,2π]的简图. 解:列表:x0 π2 π 3π2 2π cos x1-113+2cos x5 3 1 3 5描点并将它们用光滑的曲线连接起来,得函数y =3+2cos x ,x ∈[0,2π]的图象(如图所示).2.画出函数y =sin x -1在[0,2π]上的简图. 解:列表:x0 π2 π 3π2 2π sin x 0 1 0 -1 0 sin x -1-1-1-2-1描点连线可得y正、余弦函数图象的简单应用[例2] (1)sin x ≥12;(2)cos x ≤12.[解] (1)作出正弦函数y =sin x ,x ∈[0,2π]的图象,如图所示,由图象可以得到满足条件的x 的集合为⎣⎢⎡⎦⎥⎤π6+2k π,5π6+2k π,k ∈Z.(2)作出余弦函数y =cos x ,x ∈[0,2π]的图象,如图所示,由图象可以得到满足条件的x 的集合为⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3+2k π,5π3+2k π,k ∈Z.[类题通法]用三角函数图象解三角不等式的步骤(1)作出相应的正弦函数或余弦函数在[0,2π]上的图象; (2)写出适合不等式在区间[0,2π]上的解集; (3)根据公式一写出定义域内的解集. [活学活用]1.在[0,2π]内,使sin x >cos x 成立的x 的取值范围是( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,π2∪⎝ ⎛⎭⎪⎫π,5π4 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,πC.⎝⎛⎭⎪⎫π4,5π4 D.⎝ ⎛⎭⎪⎫π4,π∪⎝⎛⎭⎪⎫5π4,3π2 答案:C2.利用正弦曲线,求满足12<sin x ≤ 32的x 的集合.答案:x π6+2k π<x ≤π3+2k π,或2π3+2k π≤x <5π6+2k π,k ∈Z3.与正、余弦函数图象有关的零点问题[典例] 判断方程x4-cos x =0的根的个数.[解] 设f (x )=x4,g (x )=cos x ,在同一直角坐标系中画出f (x )与g (x )的图象,如图:由图可知,f (x )与g (x )的图象有三个交点,故方程x4-cos x =0有三个根.[多维探究]1.求f (x )-A sin x =0(A ≠0)或f (x )-A cos x =0(A ≠0)的根的个数,运用数形结合,转化为函数图象交点的个数,由于正弦函数和余弦函数的图象都是介于y =-1与y =1之间,只需考虑-A ≤f (x )≤A 的x 的范围,在该范围内f (x )的图象与A sin x 或A cos x 图象交点的个数即方程根的个数.2.准确画出图象是解决此类问题的关键,同时要注意相关问题的求解. [活学活用]1.方程cos x =lg x 的实根的个数是( ) A .1 B .2 C .3 D .无数答案:C2.函数f (x )=x -cos x 在[0,+∞)内( ) A .没有零点 B .有且仅有一个零点 C .有且仅有两个零点 D .有无穷多个零点 答案:B3.函数y =sin x +2|sin x |,x ∈[0,2π]的图象与直线y =12的交点共有________个.答案:4[随堂即时演练]1.函数y =-cos x 的图象与余弦函数图象( ) A .关于x 轴对称 B .关于原点对称 C .关于原点和x 轴对称 D .关于原点和坐标轴对称 答案:C2.与图中曲线对应的函数是( ) A .y =sin x B .y =sin |x | C .y =-sin |x | D .y =-|sin x | 答案:C3.y =1+sin x ,x ∈[0,2π]的图象与y =32的交点的个数是________.答案:24.函数y =2cos x -2的定义域是________. 答案:⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π4+2k π,π4+2k π,k ∈Z 5.用“五点法”作出函数y =1+2sin x ,x ∈[0,2π]的图象. 解:列表:x0 π2 π 3π2 2π sin x 0 1 0 -1 0 1+2sin x131-11在直角坐标系中描出五点(0,1),⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,3,(π,1),⎝ ⎛⎭⎪⎫3π2,-1,(2π,1),然后用光滑曲线顺次连接起来,就得到y =1+2sin x ,x ∈[0,2π]的图象.[课时达标检测]一、选择题1.下列函数图象相同的是( ) A .f (x )=sin x 与g (x )=sin(π+x )B .f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π2与g (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-xC .f (x )=sin x 与g (x )=sin(-x )D .f (x )=sin(2π+x )与g (x )=sin x 答案:D2.对余弦函数y =cos x 的图象,有以下描述:①向左向右无限延伸;②与y =sin x 的图象形状完全一样,只是位置不同;③与x 轴有无数多个交点;④关于y 轴对称.其中正确的描述有( ) A .1个 B .2个 C .3个 D .4个答案:D3.函数y =cos ⎝⎛⎭⎪⎫x +π2的图象是( )答案:B4.不等式cos x <0,x ∈[0,2π]的解集为( ) A.⎝⎛⎭⎪⎫π2,3π2 B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2,3π2 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫0,π2 D.⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,2π答案:A5.要得到正弦曲线,只要将余弦曲线( ) A .向右平移π2个单位长度B .向左平移π2个单位长度C .向右平移3π2个单位长度D .向左平移π个单位长度 答案:A 二、填空题6.当x ∈[-π,π]时,y =12x 与y =sin x 的图象交点的个数为________.答案:37.函数y =2cos x ,x ∈[0,2π]的图象和直线y =2围成的一个封闭的平面图形的面积是________.答案:4π8.方程sin x =lg x 的解有________个. 答案:3 三、解答题9.利用“五点法”作出y =sin ⎝⎛⎭⎪⎫x -π2⎝ ⎛⎭⎪⎫x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2,5π2的图象.解:列表如下.x π2 π 3π2 2π 5π2 sin ⎝⎛⎭⎪⎫x -π21-1描点连线如图.10.作出函数y =-sin x ,x ∈[-π,π]的简图,并回答下列问题: (1)观察函数图象,写出满足下列条件的x 的区间: ①sin x >0,②sin x <0.(2)直线y =12与y =-sin x 的图象有几个交点?解:利用五点法作图.(1)根据图象,可知图象在x 轴上方时,-sin x >0, 在x 轴下方时,-sin x <0,所以当x ∈(-π,0)时,-sin x >0,sin x <0; 当x ∈(0,π)时,-sin x <0,sin x >0. (2)画出直线y =12,由图象可知有两个交点.11.方程sin x =1-a 2在x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π上有两个实数根,求a 的取值范围.解:首先作出y =sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π的图象,然后再作出y =1-a 2的图象,如果y =sinx ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π与y =1-a 2的图象有两个交点,方程sin x =1-a 2,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π就有两个实数根.设y 1=sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π,y 2=1-a 2.y 1=sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π的图象如图.由图象可知,当32≤1-a 2<1,即-1<a ≤1-3时,y =sin x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π的图象与y =1-a 2的图象有两个交点,即方程sin x =1-a 2在x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π3,π上有两个实根.。