高中数学人教A版 (2019)必修 第一册5.4 三角函数的图象与性质导学案
展开知识点 正切函数的图象与性质
思考 正切函数y=tan x的图象与直线x=kπ+eq \f(π,2),k∈Z有公共点吗?
答案 没有.正切曲线是由被互相平行的直线x=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z)隔开的无穷多支曲线组成的.
1.正切函数的定义域和值域都是R.( × )
2.正切函数图象是中心对称图形,有无数个对称中心.( √ )
3.正切函数图象有无数条对称轴,其对称轴是x=kπ±eq \f(π,2),k∈Z.( × )
4.正切函数是增函数.( × )
一、正切函数的奇偶性与周期性
例1 (1)函数f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-4x+\f(π,3)))的最小正周期为( )
A.eq \f(π,4) B.eq \f(π,2) C.π D.2π
(2)函数f(x)=sin x+tan x的奇偶性为( )
A.奇函数 B.偶函数
C.非奇非偶函数 D.既是奇函数又是偶函数
答案 (1)A (2)A
解析 (1)方法一 T=eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,|-4|)=eq \f(π,4).
方法二 f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-4x+\f(π,3)))=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-4x+\f(π,3)-π))
=taneq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,4)))+\f(π,3)))
=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,4))),
∴T=eq \f(π,4).
(2)f(x)的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠\f(π,2)+kπ,k∈Z)))),关于原点对称,又f(-x)=sin(-x)+tan(-x)=
-sin x-tan x=-f(x),∴f(x)为奇函数.
反思感悟 与正切函数有关的函数的周期性、奇偶性问题的解决策略
(1)一般地,函数y=Atan(ωx+φ)的最小正周期为T=eq \f(π,|ω|),常常利用此公式来求周期.
(2)判断函数的奇偶性要先求函数的定义域,判断其是否关于原点对称,若不对称,则该函数无奇偶性;若对称,再判断f(-x)与f(x)的关系.
跟踪训练1 (1)函数f(x)=eq \f(tan x,1+cs x)( )
A.是奇函数
B.是偶函数
C.既是奇函数又是偶函数
D.既不是奇函数也不是偶函数
(2)若函数y=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))的最小正周期是eq \f(π,2),则ω=________.
答案 (1)A (2)±2
解析 (1)要使f(x)有意义,必须满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠kπ+\f(π,2)k∈Z,,1+cs x≠0,))
即x≠kπ+eq \f(π,2),且x≠(2k+1)π(k∈Z),
∴函数f(x)的定义域关于原点对称.
又f(-x)=eq \f(tan-x,1+cs-x)=-eq \f(tan x,1+cs x)=-f(x),
故f(x)=eq \f(tan x,1+cs x)是奇函数.
(2)依题意有T=eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,2),
∴|ω|=2,∴ω=±2.
二、正切函数的单调性及其应用
例2 (1)比较下列两个数的大小(用“>”或“<”填空):
①tan eq \f(2π,7)________tan eq \f(10π,7);
②tan eq \f(6π,5)________taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(13π,5))).
答案 ①< ②<
解析 ①tan eq \f(10π,7)=tan eq \f(3π,7),且0
所以tan eq \f(2π,7)
因为0
所以tan eq \f(π,5)
解 ∵y=tan x在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2)+kπ,\f(π,2)+kπ))(k∈Z)上是增函数,
∴-eq \f(π,2)+kπ<2x-eq \f(π,3)
(学生留)
反思感悟 (1)运用正切函数单调性比较大小的方法
①运用函数的周期性或诱导公式将角化到同一单调区间内.
②运用单调性比较大小关系.
(2)求函数y=tan(ωx+φ)的单调区间的方法
y=tan(ωx+φ)(ω>0)的单调区间的求法是把ωx+φ看成一个整体,解-eq \f(π,2)+kπ<ωx+φ
解 y=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)x+\f(π,4)))可化为y=-3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x-\f(π,4))),
由kπ-eq \f(π,2)
三、正切函数图象与性质的综合应用
例3 设函数f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,2)-\f(π,3))).
(1)求函数f(x)的定义域、最小正周期、单调区间及对称中心;
(2)求不等式-1≤f(x)≤eq \r(3)的解集.
解 (1)由eq \f(x,2)-eq \f(π,3)≠eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),
得x≠eq \f(5π,3)+2kπ(k∈Z),
所以f(x)的定义域是eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠\f(5π,3)+2kπ,k∈Z)))).
因为ω=eq \f(1,2),所以最小正周期T=eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,\f(1,2))=2π.
由-eq \f(π,2)+kπ
(k∈Z),无单调递减区间.
由eq \f(x,2)-eq \f(π,3)=eq \f(kπ,2)(k∈Z),得x=kπ+eq \f(2π,3)(k∈Z),
故函数f(x)的对称中心是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ+\f(2π,3),0))(k∈Z).
(2)由-1≤taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,2)-\f(π,3)))≤eq \r(3),
得-eq \f(π,4)+kπ≤eq \f(x,2)-eq \f(π,3)≤eq \f(π,3)+kπ(k∈Z),
解得eq \f(π,6)+2kπ≤x≤eq \f(4π,3)+2kπ(k∈Z).
所以不等式-1≤f(x)≤eq \r(3)的解集是
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(π,6)+2kπ≤x≤\f(4π,3)+2kπ,k∈Z)))).
反思感悟 解答正切函数图象与性质问题的注意点
(1)对称性:正切函数图象的对称中心是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2),0))(k∈Z),不存在对称轴.
(2)单调性:正切函数在每一个区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2)+kπ,\f(π,2)+kπ))
(k∈Z)上都单调递增,但不能说其在定义域内单调递增.
跟踪训练3 画出函数y=|tan x|的图象,并根据图象判断其定义域、值域、单调区间、奇偶性、周期性.
解 由y=|tan x|得y=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(tan x,kπ≤x
由图象可知,函数y=|tan x|的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠\f(π,2)+kπ,k∈Z)))),值域为[0,+∞),是偶函数.
函数y=|tan x|的周期T=π,
函数y=|tan x|的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ,kπ+\f(π,2))),k∈Z,单调递减区间为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,2),kπ)),k∈Z.
1.函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4)))的最小正周期为( )
A.2π B.π C.eq \f(π,2) D.eq \f(π,4)
答案 C
解析 根据周期公式计算得T=eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,2).
2.函数y=-2+taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+\f(π,3)))的单调递增区间是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2kπ-\f(5π,3),2kπ+\f(π,3))),k∈Z
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2kπ-\f(π,3),2kπ+\f(5π,3))),k∈Z
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(5π,3),kπ+\f(π,3))),k∈Z
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,3),kπ+\f(5π,3))),k∈Z
答案 A
解析 由-eq \f(π,2)+kπ
A.(0,0) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,5),0)) C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4π,5),0)) D.(π,0)
答案 C
解析 令x+eq \f(π,5)=eq \f(kπ,2),得x=eq \f(kπ,2)-eq \f(π,5),k∈Z,
所以函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,5)))的对称中心是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2)-\f(π,5),0)),k∈Z.
令k=2,可得函数的一个对称中心为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4π,5),0)).
4.函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6))),x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,2)))的值域为________.
答案 (-1,eq \r(3))
解析 ∵x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,2))),
∴x-eq \f(π,6)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,3))),
∴taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))∈(-1,eq \r(3)),
∴值域为(-1,eq \r(3)).
5.比较大小:tan eq \f(13π,3)________tan eq \f(19π,6).
答案 >
解析 因为tan eq \f(13π,3)=tan eq \f(π,3),
tan eq \f(19π,6)=tan eq \f(π,6),
又0
所以tan eq \f(π,6)
(1)正切函数图象的画法.
(2)正切函数的性质.
2.方法归纳:整体代换、换元法.
3.常见误区:最小正周期T=eq \f(π,|ω|),在定义域内不单调,对称中心为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2),0))(k∈Z).
1.函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,4)))的定义域是( )
A.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠\f(π,4))))) B.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠-\f(π,4)))))
C.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠kπ+\f(π,4),k∈Z)))) D.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠kπ+\f(3π,4),k∈Z))))
答案 D
解析 由x-eq \f(π,4)≠kπ+eq \f(π,2),k∈Z,得x≠kπ+eq \f(3π,4),k∈Z.
2.函数f(x)=sin xtan x( )
A.是奇函数
B.是偶函数
C.是非奇非偶函数
D.既是奇函数又是偶函数
答案 B
解析 f(x)的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠\f(π,2)+kπ,k∈Z)))),关于原点对称,
又f(-x)=sin(-x)·tan(-x)=sin x·tan x=f(x),
∴f(x)为偶函数.
3.函数f(x)=tan ωx(ω>0)的图象上的相邻两支曲线截直线y=1所得的线段长为eq \f(π,4).则ω的值是( )
A.1 B.2 C.4 D.8
答案 C
解析 由题意可得f(x)的最小正周期为eq \f(π,4),则eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,4),又∵ω>0,∴ω=4.
4.(多选)与函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4)))的图象不相交的一条直线是( )
A.x=eq \f(3π,8) B.x=-eq \f(π,2)
C.x=eq \f(π,4) D.x=-eq \f(π,8)
答案 AD
解析 令2x-eq \f(π,4)=eq \f(π,2)+kπ,k∈Z,
得x=eq \f(3π,8)+eq \f(kπ,2),k∈Z,
∴直线x=eq \f(3π,8)+eq \f(kπ,2),k∈Z与函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4)))的图象不相交,
∴令k=-1,x=-eq \f(π,8).
k=0,x=eq \f(3π,8).
5.(多选)下列关于函数y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))的说法不正确的是( )
A.在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(5π,6)))上单调递增
B.最小正周期是π
C.图象关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),0))对称
D.图象关于直线x=eq \f(π,6)对称
答案 ACD
解析 令kπ-eq \f(π,2)
答案 eq \f(π,3) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,3)-\f(5π,18),\f(kπ,3)+\f(π,18))),k∈Z
解析 因为y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(3x+\f(π,3))),
所以T=eq \f(π,3),
令-eq \f(π,2)+kπ<3x+eq \f(π,3)
答案 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(-\f(π,2)+kπ
即tan x≤1,
由正切函数的图象知-eq \f(π,2)+kπ
解析 当-eq \f(π,4)
当0
即当x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),0))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4)))时,
函数y=eq \f(1,tan x)的值域是(-∞,-1)∪(1,+∞).
9.设函数f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,3)-\f(π,3))).
(1)求函数f(x)的最小正周期、对称中心;
(2)作出函数f(x)在一个周期内的简图.
解 (1)∵ω=eq \f(1,3),
∴最小正周期T=eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,\f(1,3))=3π.
令eq \f(x,3)-eq \f(π,3)=eq \f(kπ,2)(k∈Z),得x=π+eq \f(3kπ,2)(k∈Z),
∴f(x)的对称中心是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(π+\f(3kπ,2),0))(k∈Z).
(2)令eq \f(x,3)-eq \f(π,3)=0,则x=π;
令eq \f(x,3)-eq \f(π,3)=eq \f(π,2),则x=eq \f(5π,2);
令eq \f(x,3)-eq \f(π,3)=-eq \f(π,2),则x=-eq \f(π,2).
从而得到函数y=f(x)在一个周期eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(5π,2)))内的简图(如图).
10.已知函数f(x)=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)-\f(x,4))).
(1)求f(x)的最小正周期和单调递减区间;
(2)试比较f(π)与f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,2)))的大小.
解 (1)因为f(x)=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)-\f(x,4)))=-3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,4)-\f(π,6))),
所以T=eq \f(π,|ω|)=eq \f(π,\f(1,4))=4π.
由kπ-eq \f(π,2)
所以f(x)=-3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,4)-\f(π,6)))在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4kπ-\f(4π,3),4kπ+\f(8π,3)))
(k∈Z)内单调递减.
故原函数的最小正周期为4π.
单调递减区间为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4kπ-\f(4π,3),4kπ+\f(8π,3)))(k∈Z).
(2)f(π)=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)-\f(π,4)))=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,12)))=-3tan eq \f(π,12),
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,2)))=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)-\f(3π,8)))=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(5π,24)))=-3tan eq \f(5π,24),
因为0
所以tan eq \f(π,12)
11.已知函数y=tan(2x+φ)的图象过点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,12),0)),则φ可以是( )
A.-eq \f(π,6) B.eq \f(π,6) C.-eq \f(π,12) D.eq \f(π,12)
答案 A
解析 因为函数的图象过点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,12),0)),
所以taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)+φ))=0,
所以eq \f(π,6)+φ=kπ,k∈Z,所以φ=kπ-eq \f(π,6),k∈Z.
12.已知函数y=tan ωx在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2)))内单调递减,则( )
A.0<ω≤1 B.-1≤ω<0
C.ω≥1 D.ω≤-1
答案 B
解析 ∵y=tan ωx在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2)))内单调递减,
∴ω<0且T=eq \f(π,|ω|)≥π,
∴-1≤ω<0.
13.下列图形分别是①y=|tan x|;②y=tan x;
③y=tan(-x);④y=tan|x|在x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(3π,2),\f(3π,2)))内的大致图象,那么由a到d对应的函数关系式应是( )
A.①②③④ B.①③④②
C.③②④① D.①②④③
答案 D
解析 y=tan(-x)=-tan x在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2)))上单调递减,只有图象d符合,即d对应③,故选D.
14.函数y=-tan2x+4tan x+1,x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,4)))的值域为________.
答案 [-4,4]
解析 ∵-eq \f(π,4)≤x≤eq \f(π,4),
∴-1≤tan x≤1.
令tan x=t,则t∈[-1,1],
∴y=-t2+4t+1=-(t-2)2+5.
∴当t=-1,即x=-eq \f(π,4)时,ymin=-4,
当t=1,即x=eq \f(π,4)时,ymax=4.
故所求函数的值域为[-4,4].
15.函数y=tan x+sin x-|tan x-sin x|在区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(3π,2)))内的图象是( )
答案 D
解析 当eq \f(π,2)
当π
(1)求f(x)的解析式;
(2)求满足f(x)≥eq \r(3)的x的取值范围.
解 (1)由题意可得f(x)的周期为
T=eq \f(5π,6)-eq \f(π,6)=eq \f(2π,3)=eq \f(π,|ω|),因为ω>0,所以ω=eq \f(3,2),
得f(x)=Ataneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)x+φ)),它的图象过点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6),0)),
所以taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)·\f(π,6)+φ))=0,即taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)+φ))=0,
所以eq \f(π,4)+φ=kπ,k∈Z,得φ=kπ-eq \f(π,4),k∈Z,
又|φ|
它的图象过点(0,-3),
所以Ataneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4)))=-3,得A=3.
所以f(x)=3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)x-\f(π,4))).
(2)因为3taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)x-\f(π,4)))≥eq \r(3),
所以taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)x-\f(π,4)))≥eq \f(\r(3),3),
得kπ+eq \f(π,6)≤eq \f(3,2)x-eq \f(π,4)
eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2kπ,3)+\f(5π,18),\f(2kπ,3)+\f(π,2))),k∈Z.解析式
y=tan x
图象
定义域
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(x≠\f(π,2)+kπ,k∈Z))))
值域
R
最小正周期
π
奇偶性
奇函数
单调性
在每一个区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2)+kπ,\f(π,2)+kπ))(k∈Z)上都单调递增
对称性
对称中心eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2),0))(k∈Z)
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