所属成套资源:备战2025年高考数学精品教案全套
备战2025年高考数学精品教案第四章三角函数第6讲函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象及其应用(Word版附解析)
展开
这是一份备战2025年高考数学精品教案第四章三角函数第6讲函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象及其应用(Word版附解析),共24页。
学生用书P084
1.用“五点法”作y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象
设X=ωx+φ,由X取0,π2,π,3π2,2π求出相应的x,通过列表(如下表所示),计算得出五点坐标,描点连线后得出图象.
2.三角函数的图象变换
函数y=sin x的图象通过变换得到y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,φ≠0)的图象的两种方法:
辨析比较
图象两种变换方法的区别与联系
3.函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的物理意义
注意 要求一个函数的初相,应先将函数解析式化成f(x)=Asin(ωx+φ)的形式(其中A>0,ω>0).
1.要得到f(x)=cs2x-sin2x的图象,只需要将g(x)=cs(2x+π3)的图象( D )
A.向左平移π3个单位长度B.向右平移π3个单位长度
C.向左平移π6个单位长度D.向右平移π6个单位长度
解析 f(x)=cs2 x-sin2 x=cs 2x,g(x)=cs(2x+π3)=cs[2(x+π6)],故只需将g(x)的图象向右平移π6个单位长度即可.
2.函数y=2sin(ωx+φ)(ω>0,|φ|<π2)在一个周期内的图象如图所示,则此函数的解析式是( B )
A.y=2sin(2x-π4)B.y=2sin(2x+π4)
C.y=2sin(x+3π8)D.y=2sin(x2+7π16)
解析 设函数的最小正周期为T,由图象可知,T2=5π8-π8=π2,∴T=π.由T=2πω,得 ω=2,∴y=2sin(2x+φ).∵点(π8,2)在函数图象上,∴2=2sin(2×π8+φ),∴φ=2kπ+π4,k∈Z,又|φ|<π2,∴φ=π4,故解析式为y=2sin(2x+π4).
3.[2024江苏淮安模拟]某个弹簧振子做简谐运动,已知在完成一次全振动的过程中,时间t(单位:s)与位移y(单位:cm)之间满足函数关系:y=sin t+cs(t-π6),则这个简谐运动的振幅是( C )
A.1 cmB.2 cmC.3 cmD.23 cm
解析 因为y=sin t+cs(t-π6)=sin t+cs tcsπ6+sin tsinπ6=32sin t+32cs t=3sin(t+π6),所以这个简谐运动的振幅是3cm.故选C.
4.用“五点法”画y=2sin(2x+π3)在一个周期内的简图时,所描的五个点分别是(-π6,0),(π12,2),(π3,0),(7π12,-2), (5π6,0) .
解析 令2x+π3=2π,则解得x=5π6,故最后一个关键点是(5π6,0).
学生用书P086
命题点1 三角函数的图象及变换
例1 (1)[2021全国卷乙]把函数y=f(x)图象上所有点的横坐标缩短到原来的12倍,纵坐标不变,再把所得曲线向右平移π3个单位长度,得到函数y=sin(x-π4)的图象,则 f(x)=( B )
A.sin(x2-7π12)B.sin(x2+π12)
C.sin(2x-7π12)D.sin(2x+π12)
解析 依题意,将y=sin(x-π4)的图象向左平移π3个单位长度,再将所得曲线上所有点的横坐标扩大到原来的2倍,得到f(x)的图象,所以y=sin(x-π4)的图象向左平移π3个单位长度y=sin(x+π12)的图象所有点的横坐标扩大到原来的2倍f(x)=sin(x2+π12)的图象.
(2)[2023全国卷甲]函数y=f(x)的图象由函数y=cs(2x+π6)的图象向左平移π6个单位长度得到,则y=f(x)的图象与直线y=12x-12的交点个数为( C )
A.1B.2C.3D.4
解析 把函数y=cs(2x+π6)的图象向左平移π6个单位长度后得到函数 f(x)=cs[2(x+π6)+π6]=cs(2x+π2)=-sin 2x的图象.作出函数f(x)的部分图象和直线y=12x-12,如图所示.观察图象知,共有3个交点.故选C.
方法技巧
(1)当x的系数不等于1时,注意先伸缩后平移和先平移后伸缩的区别,同时也要分清哪个是原始函数(图象),哪个是平移后的函数(图象).
(2)如果平移前后两个图象对应的函数名称不一致,应先利用诱导公式化为同名函数.
训练1 (1)[2023江西南昌联考]为了得到函数y=2cs(2x-2π3)的图象,只需将函数y=2sin x( A )
A.图象上所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,再向右平移π12个单位长度
B.图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再向左平移π12个单位长度
C.图象向右平移π3个单位长度,再将所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变
D.图象向左平移π6个单位长度,再将所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变
解析 将函数y=2sin x=2cs(x-π2)的图象上所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,得到函数y=2cs(2x-π2)的图象,再将所得图象向右平移π12个单位长度,得到函数y=2cs[2(x-π12)-π2]=2cs(2x-2π3)的图象,故A正确,B错误.
将函数y=2sin x=2cs(x-π2)的图象上所有的点向右平移π6个单位长度得到函数y=
2cs(x-π6-π2)=2cs(x-2π3)的图象,再将所得图象上所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,得到函数y=2cs(2x-2π3)的图象,故C,D错误.故选A.
(2)[2023郑州二模]将函数y=sin(2x+π3)图象上的点A(m,n)向右平移14个周期(最小正周期)得到点A',若A'位于函数y=cs 2x的图象上,则m的值可以是( D )
A.π12B.π6C.π3D.5π12
解析 函数y=sin(2x+π3)的最小正周期T=2π2=π,设A'(m',n'),由题知将点
A(m,n)向右平移π4个单位长度得到点A'(m',n'),则m'=m+π4,n'=n,因为A'位于函数y=cs 2x的图象上,所以n'=cs 2m',所以n=cs 2(m+π4),又n=sin(2m+π3),所以sin(2m+π3)=cs 2(m+π4)=cs(2m+π2)=-sin 2m,即sin 2mcsπ3+cs 2msinπ3=
-sin 2m,化简得32sin 2m=-32cs 2m,所以tan 2m=-33,故2m=-π6+kπ(k∈Z),
m=-π12+kπ2(k∈Z),当k=1时,m=5π12,故选D.
命题点2 由图象确定y=Asin(ωx+φ)的解析式
例2 (1)[2023新高考卷Ⅱ]已知函数f(x)=sin(ωx+φ),如图,A,B是直线y=12与曲线y=f(x)的两个交点,若|AB|=π6,则
f(π)= -32 .
解析 对比正弦函数y=sin x的图象,不妨设点(2π3,0)为“五点作图法”中的第五个点,所以2π3ω+φ=2π ①.设A,B的横坐标分别为xA,xB,由题知|AB|=xB-xA=π6,ωxA+φ=π6,ωxB+φ=5π6,两式相减,得ω(xB-xA)=4π6,即π6ω=4π6,解得ω=4.代入①,得φ=
-2π3,所以f(π)=sin(4π-2π3)=-sin2π3=-32.
(2)[2021全国卷甲]已知函数f(x)=2cs(ωx+φ)的部分图象如图所示,则满足条件(f(x)-f(-7π4))(f(x)-f(4π3))>0的最小正整数x为 2 .
解析 由题图可知,34T=13π12-π3=3π4(T为f(x)的最小正周期),解得T=π,所以ω=±2.
当ω=-2时,f(x)=2cs(-2x+φ),因为π3+T4=π3+π4=712π,所以函数f(x)的图象经过点(712π,-1),所以2cs(-2×712π+φ)=-1,所以-2×712π+φ=π+2kπ,k∈Z,得φ=13π6+2kπ,k∈Z,令k=-1,则φ=π6,所以f(x)=2cs(-2x+π6)=2cs(2x-π6).
当ω=2时,f(x)=2cs(2x+φ).点(π3,0)可看作“五点作图法”中的第二个点,则2×π3+φ=π2,得φ=-π6,所以f(x)=2cs(2x-π6).
综上,f(-7π4)=2cs[2×(-7π4)-π6]=2cs(-11π3)=2cs π3=1,f(4π3)=2cs(2×4π3-π6)=2cs5π2=0,所以(f(x)-f(-7π4))(f(x)-f(4π3))>0,即(f(x)-1)
·f(x)>0,可得f(x)>1或f(x)<0,所以cs(2x-π6)>12或cs(2x-π6)<0.
当cs(2x-π6)<0时,π2+2kπ<2x-π6<3π2+2kπ,k∈Z,解得π3+kπ<x<5π6+kπ,k∈Z,此时最小正整数x为2.当cs(2x-π6)>12时,-π3+2kπ<2x-π6<π3+2kπ,k∈Z,解得-π12+kπ<x<π4+kπ,k∈Z,此时最小正整数x为3.综上,最小正整数x为2.
方法技巧
确定y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的解析式的步骤与方法
(1)求A,b.确定函数的最大值M和最小值m,则A=M-m2,b=M+m2.
(2)求ω.确定函数的最小正周期T,则ω=2πT.
(3)求φ.常用方法如下:把图象上的一个已知点代入(此时要注意该点在上升区间上还是在下降区间上)或把图象的最高点或最低点代入.
训练2 (1)[2023芜湖模拟]已知函数f(x)=Acs(ωx+φ)+b(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,将函数f(x)的图象上各点的横坐标拉伸为原来的3倍(纵坐标不变),再向左平移π2个单位长度,得到函数g(x)的图象,则函数g(x)的单调递增区间为( C )
A.[-3π2+3kπ,3kπ](k∈Z)
B.[3kπ,3kπ+3π2](k∈Z)
C.[-7π4+3kπ,-π4+3kπ](k∈Z)
D.[-π4+3kπ,5π4+3kπ](k∈Z)
解析 依题意,得A+b=1,-A+b=-3,解得A=2,b=-1,∴f(x)=2cs(ωx+φ)-1,而
f(π12)=1,f(π3)=-1,设T是f(x)的最小正周期,∴T4=π3-π12=π4,∴T=π,
∴ω=2ππ=2,∴f(x)=2cs(2x+φ)-1.又2cs(π6+φ)-1=1,∴π6+φ=2kπ(k∈Z),∵|φ|<π2,∴φ=-π6,∴f(x)=2cs(2x-π6)-1.将函数f(x)的图象上各点的横坐标拉伸为原来的3倍,得到y=2cs(23x-π6)-1的图象,再向左平移π2个单位长度,得到g(x)=2cs(23x+π3-π6)-1=2cs(23x+π6)-1的图象,令-π+2kπ≤23x+π6≤2kπ(k∈Z),解得-7π4+3kπ≤x≤-π4+3kπ(k∈Z),∴函数g(x)的单调递增区间为[-7π4+3kπ,-π4+3kπ](k∈Z).
(2)[2023山东省泰安一中模拟]函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π2)在区间[-π6,5π6]上的图象如图所示,将该函数图象上各点的横坐标缩短到原来的一半(纵坐标不变),再向右平移θ(θ>0)个单位长度后,所得到的图象关于原点对称,则θ的最小值为( C )
A.π3B.π6C.π12D.7π24
解析 由题图可知函数f(x)的最小正周期T=5π6-(-π6)=π,所以ω=2ππ=2,又
f(π12)=1,故sin(π6+φ)=1,由于0<φ<π2,故φ=π3,所以f(x)=sin(2x+π3).
将该函数图象上各点的横坐标缩短到原来的一半(纵坐标不变),
再向右平移θ(θ>0)个单位长度后,得到y=sin(4x-4θ+π3)的图象,因为该函数图象关于原点对称,所以y=sin(4x-4θ+π3)为奇函数,所以-4θ+π3=kπ,k∈Z,解得θ=π12-kπ4,k∈Z,又θ>0,所以θ的最小值为π12,故选C.
命题点3 三角函数的图象与性质的综合应用
例3 (1)[2022天津高考]已知f(x)=12sin 2x,关于该函数有下面四个说法:
①f(x)的最小正周期为2π;②f(x)在[-π4,π4]上单调递增;③当x∈[-π6,π3]时,f(x)的取值范围为[-34,34];④f(x)的图象可由g(x)=12sin(2x+π4)的图象向左平移π8个单位长度得到.
以上四个说法中,正确的个数有( A )
A.1B.2C.3D.4
解析 ①f(x)的最小正周期为T=2π2=π,故①错误;
②解法一 当-π2+2kπ≤2x≤π2+2kπ,k∈Z,即x∈[-π4+kπ,π4+kπ],k∈Z时,f(x)单调递增,又因为[-π4,π4]⊆[-π4+kπ,π4+kπ],k∈Z,故f(x)在[-π4,π4]上单调递增,②正确;
解法二 当x∈[-π4,π4]时,设t=2x∈[-π2,π2],y=12sin t在[-π2,π2]上单调递增,②正确;
③当x∈[-π6,π3]时,2x∈[-π3,2π3],f(x)∈[-34,12],③错误;
④f(x)的图象可由g(x)=12sin(2x+π4)=12sin 2(x+π8)的图象向右平移π8个单位长度得到,④错误.故选A.
(2)[2023广东六校联考]已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,则下列说法正确的是( C )
A.直线x=π是f(x)图象的一条对称轴
B.f(x)图象的对称中心为(-π12+kπ,0),k∈Z
C.f(x)在区间[-π3,π6]上单调递增
D.将f(x)的图象向左平移π12个单位长度后,可得到一个奇函数的图象
解析 根据函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象,可得A=2,14·2πω=5π12-π6,所以ω=2.结合“五点作图法”及|φ|<π2,可得2×π6+φ=π2,所以φ=π6,即f(x)=2sin(2x+π6).令x=π,得f(π)=1,不是函数的最值,故直线x=π不是
f(x)图象的对称轴,故A错误;令2x+π6=kπ,k∈Z,得x=-π12+kπ2,k∈Z,故f(x)图象的对称中心为(-π12+kπ2,0),k∈Z,故B错误;x∈[-π3,π6]时,2x+π6∈[-π2,π2],函数f(x)单调递增,故C正确;将f(x)的图象向左平移π12个单位长度后,可得y=
2sin(2x+π3)的图象,故D错误.故选C.
方法技巧
有关三角函数图象与性质的综合应用问题,常以多选题或填空题的形式出现,破解此类题的关键:
一是转化思想的应用,如将函数转化为“一角一函数”的形式;
二是见数思形,熟悉正、余弦及正切函数的图象,并能适时应用;
三是整体思想的应用,会用整体换元的思想研究函数的性质.
训练3 (1)[多选/2024江苏省南通市模拟]已知(π3,0)是函数f(x)=sin(ωx+π3)(0<ω<3)图象的一个对称中心,则( AC )
A.ω=2
B.x=π6是函数f(x)图象的一条对称轴
C.将函数f(x)的图象向右平移π6个单位长度后得到的图象关于原点对称
D.函数f(x)在区间[-π2,0]上的最小值是-32
解析 对于A,由题意得sin(π3ω+π3)=0,故π3ω+π3=kπ,k∈Z,解得ω=3k-1,k∈Z,又0<ω<3,故0<3k-1<3,解得13<k<43,所以k=1,ω=2,A正确;
对于B,由选项A可得f(x)=sin(2x+π3),当x=π6时,f(π6)=sin(π3+π3)=32,故x=π6不是函数f(x)图象的对称轴,B错误;
对于C,将函数f(x)的图象向右平移π6个单位长度后得到g(x)=sin[2(x-π6)+π3]=
sin 2x的图象,易知g(x)为奇函数,其图象关于原点对称,C正确;
对于D,令z=2x+π3,当x∈[-π2,0]时,z∈[-2π3,π3],由于y=sin z在区间[-2π3,π3]上的最小值为-1,当且仅当z=-π2时,等号成立,故f(x)在区间[-π2,0]上的最小值是-1,D错误.故选AC.
(2)[多选/2024福建省漳州市一检]函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,则下列结论正确的是( ABD )
A.ω=2
B.y=f(x)的图象关于直线x=-5π12对称
C.将y=f(x)的图象向右平移π3个单位长度后,得到的图象关于原点对称
D.若y=f(λx)(λ>0)在[0,π]上有且仅有一个零点,则λ∈[13,56)
解析 由题图可得,A=2,设f(x)的最小正周期为T,则T4=π3-π12=π4,故T=π,ω=2,f(x)=2sin(2x+φ),A正确.
由f(π12)=2sin(π6+φ)=2,得π6+φ=2kπ+π2,k∈Z,解得φ=π3+2kπ,k∈Z,又|φ|<π2,所以φ=π3,f(x)=2sin(2x+π3).
对于B,当x=-5π12时,2x+π3=-π2,y=f(x)的图象关于直线x=-5π12对称,B正确.
对于C,将y=f(x)的图象向右平移π3个单位长度后,得到y=2sin[2(x-π3)+π3]=
2sin(2x-π3)的图象,不关于原点对称,C错误.
对于D,设f(λx)=2sin(2λx+π3)在[0,π]上的唯一零点为x0,则2λx0+π3∈[π3,2λπ+π3],∴π≤2λπ+π3<2π,∴13≤λ<56,D正确.故选ABD.
命题点4 三角函数模型的应用
例4 水车(如图1),又称孔明车,是我国最古老的农业灌溉工具,有1 700余年历史.如图2是一个水车的示意图,它的直径为 3 m,其中心(即圆心)O距水面0.75 m.如果水车每4 min逆时针转3圈,在水车轮边缘上取一点P,我们知道在水车匀速转动时,P点距水面的高度h(单位:m)是一个变量,它是时间t(单位:s)的函数.为了方便,不妨从P点位于水车与水面交点Q时开始计时(t=0),则我们可以建立函数关系式h(t)=
Asin(ωt+φ)+k(其中A>0,ω>0,|φ|<π2)来反映h随t变化的规律.下面关于函数h(t)的描述,正确的是( D )
A.最小正周期为80π
B.一个单调递减区间为[30,70]
C.y=|h(t)|的最小正周期为40
D.图象的一条对称轴方程为t=-403
解析 由题意可得,A=32,k=34,T=4÷3×60=80(T为h(t)的最小正周期),所以ω=π40,由h(0)=0及|φ|<π2可得,φ=-π6,所以h(t)=32sin(π40t-π6)+34.因为T=80,所以A错误;令2kπ+π2≤π40t-π6≤2kπ+3π2(k∈Z),解得80k+803≤t≤80k+2003(k∈Z),取k=0,得[803,2003]为其中一个减区间,因为[30,70]不是[803,2003]的子区间,所以B错误;函数y=|h(t)|=|32sin(π40t-π6)+34|的图象是把y=h(t)的图象在t轴下方的部分翻折到t轴的上方,最小正周期
仍为80,所以C错误;令π40t-π6=kπ+π2(k∈Z),得t=40k+803(k∈Z),取k=-1得t=-403,即函数图象的一条对称轴方程为t=-403,所以D正确.故选D.
方法技巧
构建三角函数模型求解实际问题时,一般需要根据实际问题得到解析式,求得的解析式一般为f(x)=Asin(ωx+φ)+b的形式,然后利用三角函数的有关性质和题中条件进行求解.
训练4 [2023江西赣州五校联考]在西双版纳热带植物园中有一种原产于美洲热带雨林的时钟花,其花开花谢非常有规律.研究表明,时钟花开花规律与温度密切相关,时钟花开花所需要的温度约为20 ℃,但当气温上升到31 ℃时,时钟花基本都会凋谢.已知某景区有时钟花观花区,且观花区每天6时~14时的气温T(单位:℃)与时间t(单位:时,6时对应t=6)近似满足函数关系式T=25+10sin(π8t+3π4),则每天在6时~14时期间,观花的最佳时段约为(参考数据:sin π5≈0.6.假设在花期内,时钟花每天开闭一次)( C )
A.6.7时~11.6时B.6.7时~12.2时
C.8.7时~11.6时D.8.7时~12.2时
解析 当t∈[6,14]时,π8t+3π4∈[3π2,5π2],则T=25+10sin(π8t+3π4)在[6,14]上单调递增.设花开、花谢的时间分别为t1,t2(t1,t2∈[6,14]).令T=20,则sin(π8t1+3π4)=
-0.5,即π8t1+3π4=11π6,解得t1=263≈8.7.令T=31,则sin(π8t2+3π4)=0.6≈sinπ5=sin115π,即π8t2+3π4≈11π5,解得t2≈11.6.故每天在6时~14时期间,观花的最佳时段约为8.7时~11.6时.
1.[命题点1/天津高考]已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π)是奇函数,将y=f(x)的图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),所得图象对应的函数为g(x).若g(x)的最小正周期为2π,且g(π4)=2,则 f(3π8)=( C )
A.-2B.-2C.2D.2
解析 由f(x)为奇函数可得φ=kπ(k∈Z),又|φ|<
π,所以φ=0,所以g(x)=Asin12ωx.由g(x)的最小正周期为2π,可得2π12ω=2π,故ω=2,所以g(x)=Asin x.因为g(π4)=Asinπ4=2,所以A=2,所以f(x)=2sin 2x,
故f(3π8)=2sin3π4=2.
2.[命题点2/多选/新高考卷Ⅰ]如图是函数y=sin(ωx+φ)的部分图象,则sin(ωx+φ)= ( BC )
A.sin(x+π3)B.sin(π3-2x)
C.cs(2x+π6)D.cs(5π6-2x)
解析 由题图可知,函数的最小正周期T=2(2π3-π6)=π,∴2π|ω|=π,∴ω=±2.
当ω=2时,y=sin(2x+φ),易知,当x=π6+2π32=5π12时,y=-1,将点(5π12,-1)代入得,sin(2×5π12+φ)=-1,所以5π6+φ=2kπ+3π2,k∈Z,即φ=2kπ+2π3,k∈Z,令k=0,则φ=2π3,y=sin(2x+2π3).由于y=sin(2x+2π3)=sin[π-(2x+2π3)]=sin(π3-2x),故选项B正确;y=sin(π3-2x)=cs[π2-(π3-2x)]=cs(2x+π6),选项C正确;对于选项A,显然不符合题意;对于选项D,当x=5π12时,cs(5π6-2×5π12)=1≠-1,错误.
当ω=-2时,y=sin(-2x+φ),将(5π12,-1)代入,得sin(-2×5π12+φ)=-1,所以-2×5π12+φ=3π2+2kπ,k∈Z,即φ=7π3+2kπ,k∈Z,令k=-1,则φ=π3,
∴y=sin(-2x+π3),易知选项B,C正确,A,D错误.综上,选BC.
3.[命题点3/多选/2023湖南株洲模拟]已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π2),若 f(x1)=-f(x2)=1,|x1-x2|的最小值为3,将函数f(x)的图象向左平移1个单位长度得到g(x)的图象,且g(x)的图象关于y轴对称.令h(x)=f(x)+g(x),则下列结论正
确的是( BCD )
A.ω=13,φ=π6
B.函数h(x)的图象的对称中心为(3k-1,0),k∈Z
C.函数h(x)的最大值为3
D.函数h(x)在区间[-2,0]上单调递增
解析 因为函数f(x)满足f(x1)=-f(x2)=1,且|x1-x2|的最小值为3,所以函数f(x)的最小正周期为6,而T=6=2π|ω|,因为ω>0,所以ω=π3,所以选项A错误.
函数f(x)=sin(π3x+φ),将函数f(x)的图象向左平移1个单位长度得到g(x)的图象,所以g(x)=sin[π3(x+1)+φ]=sin(π3x+π3+φ),因为g(x)的图象关于y轴对称,所以π3+φ=π2+kπ(k∈Z),又0<φ<π2,所以φ=π6,所以f(x)=sin(π3x+π6),
g(x)=sin(π3x+π3+π6)=csπ3x,所以h(x)=f(x)+g(x)=sin(π3x+π6)+csπ3x=3sin(π3x+π3).因为sin(π3x+π3)∈[-1,1],所以h(x)=3sin(π3x+π3)∈[-3,3],所以选项C正确.
令π3x+π3=kπ(k∈Z),则x=3k-1(k∈Z),所以函数h(x)的图象的对称中心为
(3k-1,0),k∈Z,选项B正确.
当x∈[-2,0]时,π3x+π3∈[-π3,π3],此时函数h(x)单调递增,故选项D正确.故选BCD.
4.[命题点3/多选/2023重庆市名校联考]已知函数f(x)=|sin x+cs x|-sin xcs x,则下列说法正确的是( BD )
A.f(x)是以π2为周期的周期函数
B.f(x)在[π,54π]上单调递减
C.f(x)的值域为[0,1]
D.存在实数a∈(0,3),使得f(x+a)为偶函数,这样的a值可以有两个
解析 对于A, f(x+π2)=|sin(x+π2)+cs(x+π2)|-sin(x+π2)cs(x+π2)=
|cs x-sin x|+sin xcs x≠f(x),所以函数f(x)的周期不为π2,故A不正确.
对于B,当x∈[π,54π]时,sin x<0,cs x<0,故当x∈[π,54π]时,f(x)=-(sin x+
cs x)-sin xcs x,令sin x+cs x=t,则sin xcs x=t2-12,t=sin x+cs x=2sin(x+π4),因为x∈[π,54π],所以x+π4∈[54π,32π],故t∈[-2,-1],且当x∈[π,54π]时,t=2sin(x+π4)单调递减,令g(t)=-t22-t+12=-12(t+1)2+1,则g(t)的图象是开口向下的抛物线,其对称轴为直线t=-1,故g(t)=-t22-t+12在[-2,-1]上单调递增,由复合函数同增异减的性质可知,f(x)在[π,54π]上单调递减,故B正确.
对于C,令m=|sin x+cs x|=|2sin(x+π4)|∈[0,2],则m2=sin2x+2sin xcs x+cs2x=1+2sin xcs x,所以sin xcs x=m2-12,令h(m)=-m22+m+12=-12(m-1)2+1,m∈[0,2],则当m=1时,h(m)取得最大值,即f(x)取得最大值,且最大值为1,又h(m)的最小值为h(0)=12,所以f(x)的最小值为12.综上,f(x)的值域为[12,1],故C不正确.
对于D,f(x)=|sin x+cs x|-sin xcs x=|2sin(x+π4)|-12sin 2x,则f(x+a)=|2sin(x+a+π4)|-12sin(2x+2a).假设f(x+a)为偶函数,则f(-x+a)=
f(x+a),即|2sin(-x+a+π4)|-12sin(-2x+2a)=|2sin(x+a+π4)|-
12sin(2x+2a),则∀x∈R,当|sin(-x+a+π4)|=|sin(x+a+π4)|且sin(2x+2a)=sin(-2x+2a)时,满足f(-x+a)=f(x+a),由|sin(-x+a+π4)|=
|sin(x+a+π4)|可得,-x+a+π4=x+a+π4+k1π,k1∈Z ①,或-x+a+π4+x+a+π4=k2π,k2∈Z ②,由①得x=-k1π2,k1∈Z,则此时|sin(-x+a+π4)|=|sin(x+a+π4)|不能对所有x恒成立,舍去;由②得a=k2π2-π4=(2k2-1)π4,k2∈Z.由sin(2x+2a)=sin(-2x+2a)可得,2x+2a-2x+2a=k3π,k3∈Z ③,由③得a=k3π4,k3∈Z.结合②③,只需要保证a=(2k2-1)π4,k2∈Z成立即可.因为a∈(0,3),所以当k2=1,2时符合要求,当k2=1时,a=π4;当k2=2时,a=3π4.综上,D正确.故选BD.
5.[命题点4/2024江苏徐州模拟]当前,我国在建核电机组数量居全球第一.核电抗飞防爆结构是保障核电工程安全的重要基础设施,为此国家制定了一系列核电钢筋混凝土施工强制规范,连接技术全面采用HRB500高强钢筋替代HRB400及以下钢筋.某项目课题组针对HRB500高强钢筋端部螺纹的现场加工难题,对螺纹滚道进行了深入研究,研究中发现某S型螺纹丝杠旋铣的滚道径向残留高度y(单位:mm)关于滚道径向方位角x(单位:rad)的函数y=f(x)近似地满足f(x)=Asin(ωx+φ)+B (A>0,ω>0,0<φ<π),其部分图象如图所示.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)现需一批滚道径向残留高度不低于0.015 mm且不高于0.02 mm的钢筋,若这批钢筋由题中这种S型螺纹丝杠旋铣制作,求这种S型螺纹丝杠旋铣能制作出符合要求的钢筋的比例.
解析 (1)由图可知,A+B=0.02,-A+B=0,解得A=B=0.01,f(x)的最小正周期T满足T2=4-1=3,故T=6,所以ω=2πT=2π6=π3,又函数图象过点(1,0.02),所以0.01sin(π3+φ)+0.01=0.02,即sin(π3+φ)=1,所以π3+φ=π2+2kπ,得φ=π6+2kπ,k∈Z.
又0<φ<π,所以φ=π6,
所以f(x)=0.01sin(π3x+π6)+0.01.
(2)由题意知0.015≤f(x)≤0.02,
结合(1)知,0.015≤0.01sin(π3x+π6)+0.01≤0.02,
即12≤sin(π3x+π6)≤1,
所以π6+2kπ≤π3x+π6≤5π6+2kπ,k∈Z,解得6k≤x≤6k+2,k∈Z,所以当k=0时,0≤x≤2,
所以这种S型螺纹丝杠旋铣能制作出符合要求的钢筋的比例为2∶T=1∶3.
学生用书·练习帮P298
1.[2024江西宜春模拟]要得到函数y=3cs x的图象,只需将y=3sin(2x+π4)的图象上所有的点( C )
A.横坐标变为原来的12(纵坐标不变),再向左平移π4个单位长度
B.横坐标变为原来的12(纵坐标不变),再向左平移π8个单位长度
C.横坐标变为原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移π4个单位长度
D.横坐标变为原来的2倍(纵坐标不变),再向左平移π8个单位长度
解析 y=3cs x=3sin(x+π2),将y=3sin(2x+π4)的图象上所有点的横坐标变为原来的2倍(纵坐标不变)得到y=3sin(x+π4)的图象,再向左平移π4个单位长度得到y=
3sin(x+π2)即函数y=3cs x的图象.故选C.
2.已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π)的部分图象如图所示,则
f(x)的解析式为( D )
A.f(x)=2 3sin(π8x+π4)
B.f(x)=2 3sin(π8x+3π4)
C.f(x)=2 3sin(π8x-π4)
D.f(x)=2 3sin(π8x-3π4)
解析 由题图可得,函数的最大值为23,最小值为-23,又A>0,故A=23.由题图可得,f(x)图象两个相邻的对称中心分别为(-2,0),(6,0),所以函数的最小正周期T=2×[6-(-2)]=16,又ω>0,所以ω=2πT=2π16=π8.所以f(x)=23sin(π8x+φ).
解法一(由对称中心定φ) 由点(-2,0)在函数图象上可得f(-2)=23sin[π8×
(-2)+φ]=23sin(φ-π4)=0,又(-2,0)在函数图象的下降段上,所以φ-π4=π+2kπ(k∈Z),解得φ=2kπ+5π4(k∈Z).
因为|φ|<π,所以φ=-3π4.所以f(x)=23sin(π8x-3π4).
解法二(由最值点定φ) 由函数图象可知,相邻两个对称中心分别为(-2,0),(6,0),所以这两个对称中心之间的函数图象的最低点的坐标为(2,-23).代入函数解析式可得f(2)=23sin(π8×2+φ)=-23,即sin(π4+φ)=-1,所以π4+φ=2kπ-π2(k∈Z),解得φ=2kπ-3π4(k∈Z).因为|φ|<π,所以φ=-3π4.故f(x)=
23sin(π8x-3π4).
3.[2023江西模拟]将函数f(x)=Acs(ωx+φ)(A>0,ω>0,-π<φ<0)的图象上的所有点向右平移π6个单位长度,得到如图所示的函数y=g(x)的图象,则f(0)+f(π3)= ( C )
A.0B.1C.2D.-1
解析 依题意,g(x)=Acs[ω(x-π6)+φ]=Acs(ωx-ωπ6+φ),由题图可知,A=2,由g(x)的周期T满足T4=π3-π12=π4,得T=2πω=π,所以ω=2,所以g(x)=2cs(2x-π3+φ),由g(π3)=2,得2×π3-π3+φ=2kπ,k∈Z,又-π<φ<0,所以φ=-π3,所以
f(x)=2cs(2x-π3),所以f(0)+f(π3)=2cs(-π3)+2csπ3=2.故选C.
4.[2024天津滨海模拟]将y=sin(2x+π3)的图象向右平移φ(φ>0)个单位,所得图象关于原点对称,则φ的最小值为( B )
A.2π3B.π6C.π3D.π12
解析 将函数y=sin(2x+π3)的图象向右平移φ(φ>0)个单位长度得到函数y=
sin[2(x-φ)+π3]的图象,∵所得函数图象关于原点对称,即π3-2φ=kπ(k∈Z),
∴φ=π6-kπ2(k∈Z),∵φ>0,∴当k=0时,φ取得最小值π6.故选B.
5.[2024浙江名校联考]已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的图象如图所示,M,N是直线y=-1与曲线y=f(x)的两个交点,且|MN|=2π9,则f(π)的值为( D )
A.2B.-1C.-2D.-3
解析 由题中函数图象可知A=2.因为M,N是直线y=-1与曲线f(x)=2sin(ωx+φ)的两个相邻交点,所以sin(ωx+φ)=-12,结合题中图象可知,ωxM+φ=-5π6,ωxN+φ=-π6,解得xM=-5π6-φω,xN=-π6-φω,所以|MN|=xN-xM=2π3ω=2π9,解得ω=3.因为点(-4π9,0)在f(x)的图象上,所以2sin(-4π3+φ)=0,结合“五点作图法”,得φ=π3,(方法点拨:根据“五点作图法”可知,f(x)图象上的点(-4π9,0)对应y=sin x图象上的点(-π,0))
所以f(x)=2sin(3x+π3),所以f(π)=2sin(3π+π3)=-2sin π3=-3,故选D.
6.[多选/2024江苏南通模拟]已知函数f(x)=sin 2x+acs 2x的图象关于直线x=π3对称,则( AB )
A.a=-33
B.函数f(x)的图象关于点(-5π12,0)对称
C.函数f(x)在(-π3,π4)上单调递增
D.将函数f(x)的图象向左平移φ(φ>0)个单位长度后与原图象关于y轴对称,则φ的最小值为π2
解析 函数f(x)=sin 2x+acs 2x的图象关于直线x=π3对称,则x=π3时,f(x)取最值,f(π3)=sin 2π3+acs 2π3=32-a2,则有32-a2=1+a2或32-a2=-1+a2,解得a=-33,A选项正确;f(x)=sin 2x-33cs 2x=233sin(2x-π6),f(-5π12)=
233sin[2(-5π12)-π6]=233sin(-π)=0,函数f(x)的图象关于点(-5π12,0)对称,B选项正确;x∈(-π3,π4)时,2x-π6∈(-5π6,π3),正弦函数在(-5π6,π3)上不单调,C选项错误;将函数
f(x)的图象向左平移φ(φ>0)个单位长度得到函数g(x)=233sin[2(x+φ)-π6]的图象,由f(x)与g(x)的图象关于y轴对称,则f(-x)=g(x),即sin(-2x-π6)=sin[2(x+φ)-π6],则-2x-π6-[2(x+φ)-π6]=2kπ或-2x-π6+2(x+φ)-π6=(2k+1)π,k∈Z,又-2x-π6-[2(x+φ)-π6]=2kπ,k∈Z不恒成立,
所以-2x-π6+2(x+φ)-π6=(2k+1)π,k∈Z,
解得φ=kπ+2π3,k∈Z,由φ>0,则k=0时φ的最小值为2π3,D选项错误.故选AB.
7.函数f(x)=Asin(ωx-π6)+1(A>0,ω>0)的最大值为3,其图象的相邻两条对称轴之间的距离为π2,设α∈(0,π2),f(α2)=2,则α= π3 .
解析 ∵函数f(x)=Asin(ωx-π6)+1(A>0,ω>0)的最大值为A+1=3,∴A=2.
∵其图象的相邻两条对称轴之间的距离为12×2πω=π2,∴ω=2,∴f(x)=2sin(2x-π6)+1.∵α∈(0,π2),∴α-π6∈(-π6,π3).∵f(α2)=2,∴2sin(α-π6)+1=2,∴sin(α-π6)=12.又α-π6∈(-π6,π3),∴α-π6=π6,可得α=π3.
8.[2024江苏联考]已知函数f(x)=2sin ωxcs ωx+23cs2ωx-3(ω>0)的最小正周期为π.
(1)求ω的值;
(2)将函数f(x)的图象先向左平移π6个单位长度,再向上平移2个单位长度,得到函数
y=g(x)的图象,若g(x)在区间[0,m]上有且仅有5个零点,求m的取值范围.
解析 (1)f(x)=2sin ωxcs ωx+23cs2ωx-3=sin 2ωx+3cs 2ωx=2sin(2ωx+π3),因为函数f(x)的最小正周期为π,所以2π2ω=π,解得ω=1.
(2)将函数f(x)=2sin(2x+π3)的图象先向左平移π6个单位长度,再向上平移2个单位长度,
得到y=2sin[2(x+π6)+π3]+2=2sin(2x+2π3)+2的图象,
所以g(x)=2sin(2x+2π3)+2.
令g(x)=0,则sin(2x+2π3)=-1,所以2x+2π3=3π2+2kπ(k∈Z),即x=kπ+5π12(k∈Z),
因为g(x)在区间[0,m]上有且仅有5个零点,
所以53π12≤m<65π12.
所以m的取值范围为[53π12,65π12).
9.[2024江苏扬州模拟]阻尼器是一种以提供阻力达到减震效果的专业工程装置.我国第一高楼上海中心大厦的阻尼器,被称为“镇楼神器”,如图1.由物理学知识可知,某阻尼器的运动过程可近似为单摆运动,其离开平衡位置的位移y(m)和时间t(s)的函数关系为y=sin(ωt+φ)(ω>0,|φ|<π),如图2.若该阻尼器在摆动过程中连续三次到达同一位置的时间分别为t1,t2,t3(0<t1<t2<t3),且t1+t2=2,t2+t3=6,则在一个周期内阻尼器离开平衡位置的位移大于等于0.5 m的总时间为( D )
图1图2
A.13 sB.23 sC.1 sD.43 s
解析 因为t1+t2=2,t2+t3=6,所以该阻尼器的运动周期T=t3-t1=4,所以ω=2πT=π2.由t1+t2=2,得直线t=1是函数y=sin(π2t+φ)的图象的一条对称轴,则π2+φ=kπ+π2,k∈Z,即φ=kπ,k∈Z.因为|φ|<π,所以φ=0,所以y=sinπ2t.由sinπ2t≥12(0≤t≤4),得π6≤π2t≤5π6,解得13≤t≤53,所以在一个周期内阻尼器离开平衡位置的位移大于等于0.5 m的总时间为53-13=43(s),故选D.
10.[全国卷Ⅲ]设函数f(x)=sin(ωx+π5)(ω>0),已知f(x)在[0,2π]有且仅有5个零点.下述四个结论:
①f(x)在(0,2π)有且仅有3个极大值点;
②f(x)在(0,2π)有且仅有2个极小值点;
③f(x)在(0,π10)单调递增;
④ω的取值范围是[125,2910).
其中所有正确结论的编号是( D )
A.①④B.②③C.①②③D.①③④
解析 解法一 如图,根据题意知,xA≤2π<xB,根据图象可知函数f(x)在(0,2π)有且仅有3个极大值点,所以①正确,②错误;根据xA≤2π<xB,有24π5ω≤2π<29π5ω,得125≤ω<2910,所以④正确;当0<x<π10时,π5<ωx+π5<ωπ10+π5,因为125≤ω<2910,所以ωπ10+π5<49π100<π2,所以函数f(x)在(0,π10)单调递增,所以③正确.
解法二 由0≤x≤2π,得π5≤ωx+π5≤2πω+π5.因为f(x)=sin(ωx+π5)(ω>0)在[0,2π]有且仅有5个零点,所以5π≤2πω+π5<6π,解得125≤ω<2910,故④正确,排除B,C.
当0<x<π10时,π5<ωx+π5<ωπ10+π5,因为125≤ω<2910,所以ωπ10+π5<29π100+20π100=49π100<π2,故
f(x)在(0,π10)单调递增,③正确,排除A.故选D.
11.[2024西安市铁一中学模拟]若函数f(x)=2sin(ωx+π3)(ω>0),A(α,2),
B(β,0)是函数f(x)图象上的两点,且|AB|的最小值为4+π24,则f(5π6)的值为 -1 .
解析 因为A(α,2),B(β,0),所以|AB|=(α-β)2+4,则(α-β)2+4≥4+π24,所以|α-β|min=π2,此时点A,B分别为函数图象上相邻的最高点和对称中心,设T是f(x)的最小正周期,则T4=π2,所以π2ω=π2,解得ω=1,所以
f(x)=2sin(x+π3),所以f(5π6)=2sin(5π6+π3)=2sin(π+π6)=-2sinπ6=-1.
12.已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,则使f(2a+x)+f(-x)=0成立的a的最小正值为 5π12 .
解析 由f(2a+x)+f(-x)=0,可知函数f(x)的图象关于点(a,0)对称.由题图可知,A=2,f(0)=2sin φ=1,得sin φ=12,因为|φ|<π2,所以φ=π6,所以f(x)=
2sin(ωx+π6),又f(x)的图象过点(11π12,0),所以由五点作图法知11π12ω+π6=2π,解得ω=2,所以f(x)=2sin(2x+π6).令2x+π6=kπ,k∈Z,得x=kπ2-π12,k∈Z,所以函数
f(x)图象的对称中心为(kπ2-π12,0),k∈Z,所以a=kπ2-π12,k∈Z,则当k=1时,a取得最小正值,为5π12.
13.[2023广东中山纪念中学模拟]已知函数f(x)=sin(ωx+π6)+cs ωx(ω>0),将
f(x)图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),得到函数g(x)的图象.g(x)的部分图象如图所示(D,C分别为函数图象的最高点和最低点),其中CA·CB=|AD|22,则ω的值为 π .
解析 f(x)=sin(ωx+π6)+cs ωx=32sin ωx+32cs ωx=3sin(ωx+π3),将f(x)图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),得到g(x)=3sin(12ωx+π3)的图象.
因为D,C分别为函数图象的最高点和最低点,所以|DA|=|AC|=|CB|,由CA·CB=|AD|22,得|CA|2·cs∠ACB=|AD|22,所以cs∠ACB=12,因为0<∠ACB<π,所以∠ACB=π3,所以△ABC为等边三角形.因为△ACB的高为3,所以|AB|=|AC|=3sinπ3=2,即函数g(x)的最小正周期T=4,又ω>0,所以由T=2π12ω=4,解得ω=π.
14.[与数列综合]已知数列{an}的通项公式是an=f(nπ6),其中f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,Sn为数列{an}的前n项和,则S2 025的值为( B )
A.-1B.0C.12D.32
解析 由题图可知,3T4=5π6-π12=3π4,则T=π,所以ω=2πT=2.又f(x)的图象过点(π12,1),所以sin(2×π12+φ)=1,得π6+φ=π2+2kπ(k∈Z),所以φ=π3+2kπ(k∈Z),
又|φ|<π2,所以φ=π3,f(x)=sin(2x+π3),所以an=f(nπ6)=sin(nπ3+π3),则数列{an}是周期为2ππ3=6的周期数列.由an=sin(nπ3+π3)可得a1=32,a2=0,a3=-32,a4=
-32,a5=0,a6=32,则S6=0,S2 025=337S6+S3=0,故选B.课标要求
命题点
五年考情
命题分析预测
1.结合具体实例,了解y=Asin(ωx+φ)的实际意义;能借助图象理解参数ω,φ,A的意义,了解参数的变化对函数图象的影响.
2.会用三角函数解决简单的实际问题,体会可以利用三角函数构建刻画事物周期变化的数学模型.
三角函数的图象及变换
2023全国卷甲T10;2021全国卷乙T7
本讲是高考命题热点, 主要考查三角函数的图象变换,根据图象求解析式,图象和性质的综合应用以及三角函数模型的应用.题型以选择题和填空题为主,难度中等.在2025年的高考备考中要掌握三角函数的图象及其变换技巧,并能从已知图象中识别出有效信息进行求解,同时关注命题新角度、新综合以及三角函数模型的应用问题.
由图象确定y=Asin(ωx+φ)的解析式
2023新高考卷ⅡT16;2021全国卷甲T16;2020新高考卷ⅠT10
三角函数的图象与性质的综合应用
2022新高考卷ⅡT9;2022天津T9;2019全国卷ⅢT12
三角函数模型的应用
X=ωx+φ
0
π2
π
3π2
2π
x
-φω
① π2-φω
② π-φω
③ 3π2-φω
④ 2π-φω
y=Asin(ωx+φ)
0
A
0
-A
0
区别
先平移变换(左右平移)再周期变换(伸缩变换),平移的量是|φ|个单位长度,而先周期变换(伸缩变换)再平移变换(左右平移),平移的量是个单位长度.
联系
两种变换方法都是针对x而言的,即x本身加减多少,而不是ωx加减多少.平移规律:“左加右减,上加下减”,前提是先把x的系数提取出来.
y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,
x≥0)表示一个振动量时
振幅
周期
频率
相位
初相
A
⑩ T=2πω
f=1T=ω2π
⑪ ωx+φ
φ
相关教案
这是一份2025年高考数学精品教案第四章 三角函数 第6讲 函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象及其应用,共24页。
这是一份新高考数学一轮复习讲练教案4.4 函数y=Asin(ωx+φ)的图象及三角函数模型的简单应用(含解析),共23页。
这是一份高中数学高考第5节 函数y=Asin(ωx+φ)的图象及三角函数模型的简单应用 教案,共14页。