2022高考数学一轮复习 第四章 强化训练4 三角函数中的综合问题
展开1.(2020·北京东城区模拟)《九章算术》成书于公元一世纪,是中国古代乃至东方的第一部自成体系的数学专著.书中记载这样一个问题“今有宛田,下周三十步,径十六步.问为田几何?”(一步≈1.5米)意思是现有扇形田,弧长为45米,直径为24米,那么扇形田的面积为( )
A.135平方米 B.270平方米
C.540平方米 D.1 080平方米
答案 B
解析 根据扇形的面积公式,S=eq \f(1,2)lr=eq \f(1,2)×45×eq \f(24,2)=270(平方米).
2.(2021·日照联考)在平面直角坐标系xOy中,角α的顶点在原点O,以x轴非负半轴为始边,终边经过点P(1,m)(m<0),则下列各式的值恒大于0的是( )
A.sin α+cs α B.sin α-cs α
C.sin αcs α D.eq \f(sin α,tan α)
答案 D
解析 由题意知sin α<0,cs α>0,sin α+cs α的符号不确定,A不成立;sin α-cs α<0,B不成立;sin αcs α<0,C不成立;tan α<0,eq \f(sin α,tan α)>0,D成立.
3.(2021·张家口质检)已知锐角α满足3cs 2α=1+sin 2α,则cs α等于( )
A.eq \f(2\r(5),5) B.eq \f(\r(5),5) C.eq \f(\r(6),5) D.eq \f(\r(19),5)
答案 A
解析 3cs 2α=1+sin 2α可化简为
3(cs2α-sin2α)=sin2α+cs2α+2sin αcs α,
即3(cs α-sin α)(sin α+cs α)=(sin α+cs α)2,
因为α为锐角,所以3(cs α-sin α)=sin α+cs α,
化简得到cs α=2sin α,
代入sin2α+cs2α=1,解得cs α=eq \f(2\r(5),5).
4.(2020·东三省四市模拟)已知直线y=-2与函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,3)))(其中ω>0)的相邻两交点间的距离为π,则函数f(x)的单调递增区间为( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,6),kπ+\f(5π,6))),k∈Z
B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(5π,6),kπ+\f(11π,6))),k∈Z
D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(5π,6),kπ+\f(11π,12))),k∈Z
答案 B
解析 ∵y=-2与函数f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,3)))(其中ω>0)的相邻两交点间的距离为π,
∴函数的周期T=π,即eq \f(2π,ω)=π,得ω=2,
则f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3))),
由2kπ-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤2kπ+eq \f(π,2),k∈Z,
得kπ-eq \f(π,12)≤x≤kπ+eq \f(5π,12),k∈Z,
即函数f(x)的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z.
5.(多选)给出下列函数:①y=cs|2x|;②y=|cs x|;③y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6)));④y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4))).其中最小正周期为π的有( )
A.① B.② C.③ D.④
答案 ABC
解析 ①中,y=cs|2x|=cs 2x,其最小正周期为π;②中,知y=|cs x|是y=cs x将x轴下方的部分向上翻折得到的,故周期减半,即y=|cs x|的最小正周期为π;③中,y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6)))的最小正周期T=eq \f(2π,2)=π;
④中,y=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4)))的最小正周期T=eq \f(π,2).
6.(多选)(2020·宁德模拟)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,|φ|<\f(π,2)))的最小正周期为π,且将图象向右平移eq \f(π,12)个单位长度后得到的函数为偶函数,则下列关于f(x)的说法错误的是( )
A.关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,12),0))对称 B.关于直线x=eq \f(π,6)对称
C.在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(5π,12)))上单调递增 D.在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(7π,12)))上单调递减
答案 ABD
解析 ∵f(x)的最小正周期为π,
∴T=eq \f(2π,ω)=π,得ω=2,
此时f(x)=sin(2x+φ),
将图象向右平移eq \f(π,12)个单位长度后得到
y=sineq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,12)))+φ))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+φ-\f(π,6))),
若函数为偶函数,则φ-eq \f(π,6)=kπ+eq \f(π,2),k∈Z,
得φ=kπ+eq \f(2π,3),k∈Z,
∵|φ|
则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,12)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2×\f(5π,12)-\f(π,3)))=sin eq \f(π,2)=1,
故f(x)不关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,12),0))对称,故A错误;
f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2×\f(π,6)-\f(π,3)))=sin 0=0,
故f(x)不关于直线x=eq \f(π,6)对称,故B错误;
当-eq \f(π,12)≤x≤eq \f(5π,12)时,-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤eq \f(π,2),此时函数f(x)为增函数,故C正确;
当eq \f(π,12)≤x≤eq \f(7π,12)时,-eq \f(π,6)≤2x-eq \f(π,3)≤eq \f(5π,6),此时函数f(x)不单调,故D错误.
7.(2020·咸阳模拟)若tan α=eq \f(1,3),tan(α+β)=eq \f(1,2),则tan β=______.
答案 eq \f(1,7)
解析 因为β=(α+β)-α,
且tan α=eq \f(1,3),tan(α+β)=eq \f(1,2),
所以tan β=tan[(α+β)-α]=eq \f(tanα+β-tan α,1+tanα+β×tan α)
=eq \f(\f(1,2)-\f(1,3),1+\f(1,2)×\f(1,3))=eq \f(1,7),所以tan β=eq \f(1,7).
8.(2020·咸阳质检)已知cs2x-sin 2x=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0),则A=________,b=________.
答案 eq \f(\r(5),2) eq \f(1,2)
解析 cs2x-sin 2x=eq \f(1+cs 2x,2)-sin 2x
=eq \f(1,2)cs 2x-sin 2x+eq \f(1,2)=eq \f(\r(5),2)cs(2x+θ)+eq \f(1,2)
=eq \f(\r(5),2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+θ+\f(π,2)))+eq \f(1,2)(其中tan θ=2),
∴A=eq \f(\r(5),2),b=eq \f(1,2).
9.(2020·邯郸模拟)已知α为锐角,且tan α=m,cs 2α=-eq \f(m2,m2+4),则sin2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,4)))=________.
答案 eq \f(\r(2),3)+eq \f(1,2)
解析 ∵cs 2α=eq \f(cs2α-sin2α,cs2α+sin2α)=eq \f(1-tan2α,1+tan2α)
=eq \f(1-m2,1+m2)=-eq \f(m2,m2+4),解得m2=2,
∴cs 2α=-eq \f(1,3),
∵0<α
∴sin2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α+\f(π,4)))=eq \f(1-cs\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,2))),2)=eq \f(1,2)+eq \f(sin 2α,2)=eq \f(\r(2),3)+eq \f(1,2).
10.(2020·枣庄模拟)已知函数f(x)=cs(ωx+φ)(ω>0)的最小正周期为π,且对x∈R,f(x)≥f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))恒成立,若函数y=f(x)在[0,a]上单调递减,则a的最大值为________.
答案 eq \f(π,3)
解析 因为函数f(x)=cs(ωx+φ)的最小正周期为π,所以ω=eq \f(2π,π)=2,
又对任意的x,都使得f(x)≥f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3))),
所以函数f(x)在x=eq \f(π,3)处取得最小值,
则eq \f(2π,3)+φ=π+2kπ,k∈Z,
即φ=eq \f(π,3)+2kπ,k∈Z,
所以f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3))),
令2kπ≤2x+eq \f(π,3)≤π+2kπ,k∈Z,
解得-eq \f(π,6)+kπ≤x≤eq \f(π,3)+kπ,k∈Z,
则函数y=f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))上单调递减,
故a的最大值是eq \f(π,3).
11.已知函数f(x)=eq \r(3)cs2x+sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))·sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))-eq \f(\r(3),2).
(1)求f(x)的最小正周期及对称中心;
(2)若f(α)=eq \f(1,6),且α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,3))),求cs 2α的值.
解 (1)f(x)=eq \r(3)·eq \f(1+cs 2x,2)+sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)+x-\f(π,6)))·sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))-eq \f(\r(3),2)
=eq \f(\r(3),2)cs 2x+eq \f(1,2)×2cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))
=eq \f(\r(3),2)cs 2x+eq \f(1,2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))
=eq \f(\r(3),2)cs 2x+eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin 2x·\f(1,2)-cs 2x·\f(\r(3),2)))
=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin 2x·\f(1,2)+cs 2x·\f(\r(3),2)))
=eq \f(1,2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3))).
所以f(x)的最小正周期T=eq \f(2π,2)=π.
由2x+eq \f(π,3)=kπ,k∈Z得x=eq \f(kπ,2)-eq \f(π,6),k∈Z,所以f(x)的对称中心为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2)-\f(π,6),0)),k∈Z.
(2)由f(α)=eq \f(1,6)得sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,3)))=eq \f(1,3),
因为α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,12),\f(π,3))),所以2α+eq \f(π,3)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π)),
所以cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,3)))=-eq \r(1-sin2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,3))))
=-eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))2)=-eq \f(2\r(2),3),
所以cs 2α=cseq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,3)))-\f(π,3)))
=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,3)))·cs eq \f(π,3)+sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2α+\f(π,3)))·sin eq \f(π,3)
=-eq \f(2\r(2),3)·eq \f(1,2)+eq \f(1,3)·eq \f(\r(3),2)=eq \f(\r(3)-2\r(2),6).
12.设f(x)=2eq \r(3)sin(π-x)sin x-(sin x-cs x)2.
(1)求函数f(x)的单调递增区间;
(2)把函数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),再把得到的图象向左平移eq \f(π,3)个单位长度,得到函数y=g(x)的图象,求geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))的值.
解 (1)由f(x)=2eq \r(3)sin(π-x)sin x-(sin x-cs x)2
=2eq \r(3)sin2x-(1-2sin xcs x)
=eq \r(3)(1-cs 2x)+sin 2x-1
=sin 2x-eq \r(3)cs 2x+eq \r(3)-1
=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))+eq \r(3)-1.
由2kπ-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,3)≤2kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),
得kπ-eq \f(π,12)≤x≤kπ+eq \f(5π,12)(k∈Z).
所以f(x)的单调递增区间是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12)))(k∈Z)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(或\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12)))k∈Z)).
(2)由(1)知f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))+eq \r(3)-1,
把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),
得到y=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,3)))+eq \r(3)-1的图象,
再把得到的图象向左平移eq \f(π,3)个单位长度,
得到y=2sin x+eq \r(3)-1的图象,
即g(x)=2sin x+eq \r(3)-1.
所以geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))=2sin eq \f(π,6)+eq \r(3)-1=eq \r(3).
13.(2020·厦门质检)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))+cs ωx(ω>0)在[0,π]上的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3,2),\r(3))),则实数ω的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,6),\f(1,3))) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,6),\f(1,2))) C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,3),\f(1,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),1))
答案 A
解析 f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,6)))+cs ωx=eq \f(\r(3),2)sin ωx+eq \f(3,2)cs ωx=eq \r(3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,3))),
因为x∈[0,π],所以ωx+eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),ωπ+\f(π,3))),
因为f(x)在[0,π]上的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3,2),\r(3))),
所以eq \f(π,2)≤ωπ+eq \f(π,3)≤eq \f(2π,3),所以eq \f(1,6)≤ω≤eq \f(1,3).
14.已知函数f(x)=2cs(ωx+φ)+1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,|φ|<\f(π,2))),其图象与直线y=3相邻两个交点的距离为eq \f(2π,3),若f(x)>1对任意x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,6)))恒成立,则φ的取值范围是____________.
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),0))
解析 由题意可得函数f(x)=2cs(ωx+φ)+1的最大值为3.∵f(x)的图象与直线y=3相邻两个交点的距离为eq \f(2π,3),∴f(x)的周期T=eq \f(2π,3),∴eq \f(2π,ω)=eq \f(2π,3),解得ω=3,
∴f(x)=2cs(3x+φ)+1.∵f(x)>1对任意x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,6)))恒成立,∴2cs(3x+φ)+1>1,即cs(3x+φ)>0对任意x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,12),\f(π,6)))恒成立,∴-eq \f(π,4)+φ≥2kπ-eq \f(π,2),k∈Z且eq \f(π,2)+φ≤2kπ+eq \f(π,2),k∈Z,解得φ≥2kπ-eq \f(π,4),k∈Z且φ≤2kπ,k∈Z,即2kπ-eq \f(π,4)≤φ≤2kπ,k∈Z.结合|φ|
①f(x)的最小正周期为π;
②f(x)的图象关于直线x=eq \f(π,4)对称;
③f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,4)))上单调递增;
④f(x)的值域为[-2,2];
⑤f(x)在区间[-2π,2π]上有6个零点.
其中所有正确的编号是( )
A.②④ B.①④⑤
C.③④ D.②③⑤
答案 C
解析 f(x)=2(|cs x|+cs x)sin x=2|cs x|sin x+sin 2x,函数f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))=eq \r(3),f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4π,3)))=0,∴f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))≠f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4π,3))),故函数f(x)的最小正周期不是π,故①错误;
由于f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))=2eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(cs\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))))+cs\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))))·sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))=2(|sin x|+sin x)·cs x≠f(x),
故f(x)的图象不关于直线x=eq \f(π,4)对称,故②错误;在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),\f(π,4)))上,2x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2))),
f(x)=2|cs x|sin x+sin 2x=2sin 2x单调递增,故③正确;当cs x≥0时,f(x)=2|cs x|sin x+sin 2x=2sin xcs x+sin 2x=2sin 2x,故它的最大值为2,最小值为-2;当cs x<0时,f(x)=2|cs x|sin x+sin 2x=-2sin xcs x+sin 2x=0,综合可得,函数f(x)的最大值为2,最小值为-2,故④正确;当cs x≤0时,f(x)=0,在区间[-2π,2π]上有无数个零点,故⑤错误.
16.如图所示,四边形ABCD是一块边长为7米的正方形铁皮,其中ATN是一半径为6米的扇形,已经被腐蚀不能使用,其余部分完好可利用.工人师傅想在未被腐蚀部分截下一个有边落在BC与CD上的长方形铁皮PQCR,其中P是弧TN上一点.设∠TAP=θ,长方形PQCR的面积为S平方米.
(1)求S关于θ的函数解析式;
(2)求S的最大值.
解 (1)延长RP交AB于E,延长QP交AD于F(图略),
由四边形ABCD是正方形,四边形PRCQ是矩形,
可知PE⊥AB,PF⊥AD,
由∠TAP=θ,可得EP=6sin θ,FP=6cs θ,
∴PR=7-6sin θ,PQ=7-6cs θ,
∴S=PR·PQ=(7-6sin θ)(7-6cs θ)
=49-42(sin θ+cs θ)+36sin θcs θ,
故S关于θ的函数解析式为
S=49-42(sin θ+cs θ)+36sin θcs θeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0≤θ≤\f(π,2))).
(2)令sin θ+cs θ=t,可得
t2=(sin θ+cs θ)2=1+2sin θcs θ,
即sin θcs θ=eq \f(t2-1,2),
∴S=49-42t+18(t2-1)=18t2-42t+31.
又由0≤θ≤eq \f(π,2),可得eq \f(π,4)≤θ+eq \f(π,4)≤eq \f(3π,4),
故t=sin θ+cs θ=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(θ+\f(π,4)))∈[1,eq \r(2)],
∴S关于t的表达式为S=18t2-42t+31(t∈[1,eq \r(2)]),
又由S=18eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t-\f(7,6)))2+eq \f(13,2),t∈[1,eq \r(2)],
可知当t=eq \r(2)时,S取最大值,最大值为(67-42eq \r(2))平方米.
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