高考数学一轮复习 第四章 第4节三角函数的图象与性质
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知 识 梳 理
1.用五点法作正弦函数和余弦函数的简图
(1)正弦函数y=sin x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是:(0,0),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),1)),(π,0),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,2),-1)),(2π,0).
(2)余弦函数y=cs x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是:(0,1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),0)),(π,-1),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,2),0)),(2π,1).
2.正弦、余弦、正切函数的图象与性质(下表中k∈Z)
[微点提醒]
1.对称与周期
(1)正弦曲线、余弦曲线相邻两对称中心、相邻两对称轴之间的距离是半个周期,相邻的对称中心与对称轴之间的距离是eq \f(1,4)个周期.
(2)正切曲线相邻两对称中心之间的距离是半个周期.
2.对于y=tan x不能认为其在定义域上为增函数,而是在每个区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,2),kπ+\f(π,2)))(k∈Z)内为增函数.
基 础 自 测
1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)
(1)余弦函数y=cs x的对称轴是y轴.( )
(2)正切函数y=tan x在定义域内是增函数.( )
(3)已知y=ksin x+1,x∈R,则y的最大值为k+1.( )
(4)y=sin|x|是偶函数.( )
解析 (1)余弦函数y=cs x的对称轴有无穷多条,y轴只是其中的一条.
(2)正切函数y=tan x在每一个区间eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,2),kπ+\f(π,2)))(k∈Z)上都是增函数,但在定义域内不是单调函数,故不是增函数.
(3)当k>0时,ymax=k+1;当k<0时,ymax=-k+1.
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
2.(必修4P46A2,3改编)若函数y=2sin 2x-1的最小正周期为T,最大值为A,则( )
A.T=π,A=1 B.T=2π,A=1
C.T=π,A=2 D.T=2π,A=2
解析 最小正周期T=eq \f(2π,2)=π,最大值A=2-1=1.故选A.
答案 A
3.(必修4P47B2改编)函数y=-taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(3π,4)))的单调递减区间为________.
解析 由-eq \f(π,2)+kπ<2x-eq \f(3π,4)<eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),
得eq \f(π,8)+eq \f(kπ,2)<x<eq \f(5π,8)+eq \f(kπ,2)(k∈Z),
所以y=-taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(3π,4)))的单调递减区间为
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,8)+\f(kπ,2),\f(5π,8)+\f(kπ,2)))(k∈Z).
答案 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,8)+\f(kπ,2),\f(5π,8)+\f(kπ,2)))(k∈Z)
4.(2017·全国Ⅱ卷)函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,3)))的最小正周期为( )
A.4π B.2π C.π D.eq \f(π,2)
解析 由题意T=eq \f(2π,2)=π.
答案 C
5.(2017·全国Ⅲ卷)函数f(x)=eq \f(1,5)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))+cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))的最大值为( )
A.eq \f(6,5) B.1 C.eq \f(3,5) D.eq \f(1,5)
解析 cs eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6)))=cseq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3))),则f(x)=eq \f(1,5)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))+sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))=eq \f(6,5)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3))),函数的最大值为eq \f(6,5).
答案 A
6.(2018·江苏卷)已知函数y=sin(2x+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2)<φ<\f(π,2))) 的图象关于直线x=eq \f(π,3)对称,则φ的值是________.
解析 由函数y=sin(2x+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2)<φ<\f(π,2)))的图象关于直线x=eq \f(π,3)对称,得sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,3)+φ))=±1.所以eq \f(2π,3)+φ=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),所以φ=-eq \f(π,6)+kπ(k∈Z),又-eq \f(π,2)<φ
考点一 三角函数的定义域
【例1】 (1)函数f(x)=-2taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6)))的定义域是( )
A.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|x≠\f(π,6))) B.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|x≠-\f(π,12)))
C.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|x≠kπ+\f(π,6)(k∈Z))) D.eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|x≠\f(kπ,2)+\f(π,6)(k∈Z)))
(2)不等式eq \r(3)+2cs x≥0的解集是________.
(3)函数f(x)=eq \r(64-x2)+lg2(2sin x-1)的定义域是________.
解析 (1)由2x+eq \f(π,6)≠kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),得x≠eq \f(kπ,2)+eq \f(π,6)(k∈Z).
(2)由eq \r(3)+2cs x≥0,得cs x≥-eq \f(\r(3),2),由余弦函数的图象,得在一个周期[-π,π]上,不等式cs x≥-eq \f(\r(3),2)的解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|-\f(5π,6)≤x≤\f(5,6)π)),故原不等式的解集为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|-\f(5,6)π+2kπ≤x≤\f(5,6)π+2kπ,k∈Z)).
(3)由题意,得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(64-x2≥0,①,2sin x-1>0,②))由①得-8≤x≤8,由②得sin x>eq \f(1,2),由正弦曲线得eq \f(π,6)+2kπ
规律方法 1.三角函数定义域的求法
(1)以正切函数为例,应用正切函数y=tan x的定义域求函数y=Atan(ωx+φ)的定义域转化为求解简单的三角不等式.
(2)求复杂函数的定义域转化为求解简单的三角不等式.
2.简单三角不等式的解法
(1)利用三角函数线求解.
(2)利用三角函数的图象求解.
【训练1】 (1)函数y=eq \r(sin x-cs x)的定义域为________.
(2)函数y=lg(sin x)+eq \r(cs x-\f(1,2))的定义域为______.
解析 (1)要使函数有意义,必须使sin x-cs x≥0.利用图象,在同一坐标系中画出[0,2π]上y=sin x和y=cs x的图象,如图所示.在[0,2π]上,满足sin x=cs x的x为eq \f(π,4),eq \f(5π,4)再结合正弦、余弦函数的周期是2π,所以原函数的定义域为
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|\f(π,4)+2kπ≤x≤\f(5,4)π+2kπ,k∈Z)).
(2)要使函数有意义必须有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(sin x>0,,cs x-\f(1,2)≥0,))
即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(sin x>0,,cs x≥\f(1,2),))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2kπ
(2)eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|2kπ
【例2】 (1)y=3sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上的值域是________.
(2)(2017·全国Ⅱ卷)函数f(x)=sin2x+eq \r(3)cs x-eq \f(3,4)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x∈\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))))的最大值是________.
(3)函数y=sin x-cs x+sin xcs x的值域为________.
解析 (1)当x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))时,2x-eq \f(π,6)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(5π,6))),
sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),1)),故3sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(3,2),3)),
即y=3sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(3,2),3)).
(2)由题意可得f(x)=-cs2x+eq \r(3)cs x+eq \f(1,4)=-(cs x-eq \f(\r(3),2))2+1.
∵x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))),∴cs x∈[0,1].
∴当cs x=eq \f(\r(3),2),即x=eq \f(π,6)时,f(x)max=1.
(3)设t=sin x-cs x,
则t2=sin2x+cs2x-2sin xcs x,
sin xcs x=eq \f(1-t2,2),且-eq \r(2)≤t≤eq \r(2),
所以y=-eq \f(t2,2)+t+eq \f(1,2)=-eq \f(1,2)(t-1)2+1.
当t=1时,ymax=1;当t=-eq \r(2)时,ymin=-eq \f(1,2)-eq \r(2).
所以函数的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)-\r(2),1)).
答案 (1)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(3,2),3)) (2)1 (3)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)-\r(2),1))
规律方法 求解三角函数的值域(最值)常见三种类型:
(1)形如y=asin x+bcs x+c的三角函数化为y=Asin(ωx+φ)+c的形式,再求值域(最值);
(2)形如y=asin2x+bsin x+c的三角函数,可先设sin x=t,化为关于t的二次函数求值域(最值);
(3)形如y=asin xcs x+b(sin x±cs x)+c的三角函数,可先设t=sin x±cs x,化为关于t的二次函数求值域(最值).
【训练2】 (1)函数f(x)=cs 2x+6cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))的最大值为( )
A.4 B.5 C.6 D.7
(2)(2019·临沂模拟)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6))),其中x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),a)),若f(x)的值域是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),1)),则实数a的取值范围是________.
解析 (1)由f(x)=cs 2x+6cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))=1-2sin2x+6sin x=-2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sin x-\f(3,2)))eq \s\up12(2)+eq \f(11,2),又sin x∈[-1,1],所以当sin x=1时函数的最大值为5.
(2)由x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),a)),知x+eq \f(π,6)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),a+\f(π,6))).因为x+eq \f(π,6)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(π,2)))时,f(x)的值域为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),1)),所以由函数的图象知eq \f(π,2)≤a+eq \f(π,6)≤eq \f(7π,6),所以eq \f(π,3)≤a≤π.
答案 (1)B (2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),π))
考点三 三角函数的单调性 多维探究
角度1 求三角函数的单调区间
【例3-1】 (1)函数f(x)=taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3)))的单调递增区间是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(kπ,12)-\f(π,12),\f(kπ,2)+\f(5π,12)))(k∈Z)
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,12)-\f(π,12),\f(kπ,2)+\f(5π,12)))(k∈Z)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,6),kπ+\f(2π,3)))(k∈Z)
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12)))(k∈Z)
(2)函数y=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-2x+\f(π,3)))的单调递减区间为________.
解析 (1)由kπ-eq \f(π,2)<2x-eq \f(π,3)
答案 (1)B (2)eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,12),kπ+\f(5π,12))),k∈Z
角度2 利用单调性比较大小
【例3-2】 已知函数f(x)=2cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6))),设a=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,7))),b=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6))),c=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4))),则a,b,c的大小关系是( )
A.a>b>c B.a>c>b
C.c>a>b D.b>a>c
解析 令2kπ≤x+eq \f(π,6)≤2kπ+π,k∈Z,
解得2kπ-eq \f(π,6)≤x≤2kπ+eq \f(5π,6),k∈Z,
∴函数f(x)=2cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6)))在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,6),\f(5π,6)))上是减函数,
∵-eq \f(π,6)
答案 A
角度3 利用单调性求参数
【例3-3】 (2018·全国Ⅱ卷)若f(x)=cs x-sin x在[-a,a]是减函数,则a的最大值是( )
A.eq \f(π,4) B.eq \f(π,2) C.eq \f(3π,4) D.π
解析 f(x)=cs x-sin x=eq \r(2)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,4))),
由题意得a>0,故-a+eq \f(π,4)
所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(-a+\f(π,4)≥0,,a+\f(π,4)≤π,,a>0,))解得0答案 A
规律方法 1.已知三角函数解析式求单调区间:(1)求函数的单调区间应遵循简单化原则,将解析式先化简,并注意复合函数单调性规律“同增异减”;(2)求形如y=Asin(ωx+φ)或y=Acs(ωx+φ)(其中ω>0)的单调区间时,要视“ωx+φ”为一个整体,通过解不等式求解.但如果ω<0,那么一定先借助诱导公式将ω化为正数,防止把单调性弄错.
2.对于已知函数的单调区间的某一部分确定参数ω的范围的问题,首先,明确已知的单调区间应为函数的单调区间的子集,其次,要确定已知函数的单调区间,从而利用它们之间的关系可求解,另外,若是选择题利用特值验证排除法求解更为简捷.
【训练3】 (1)设函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3))),x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),π)),则以下结论正确的是( )
A.函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),0))上单调递减
B.函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上单调递增
C.函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(5π,6)))上单调递减
D.函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5π,6),π))上单调递增
(2)cs 23°,sin 68°,cs 97°的大小关系是________.
(3)(一题多解)若函数f(x)=sin ωx(ω>0)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))上单调递增,在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))上单调递减,则ω=________.
解析 (1)由x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),0)),得2x-eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(4π,3),-\f(π,3))),此时函数f(x)先减后增;由x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))),得2x-eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),\f(2π,3))),此时函数f(x)先增后减;由x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(5π,6))),得2x-eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(2π,3),\f(4π,3))),此时函数f(x)单调递减;由x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(5π,6),π)),得2x-eq \f(π,3)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(4π,3),\f(5π,3))),此时函数f(x)先减后增.
(2)sin 68°=cs 22°,又y=cs x在[0°,180°]上是减函数,
∴sin 68°>cs 23°>cs 97°.
(3)法一 由于函数f(x)=sin ωx(ω>0)的图象经过坐标原点,由已知并结合正弦函数的图象可知,eq \f(π,3)为函数f(x)的eq \f(1,4)周期,故eq \f(2π,ω)=eq \f(4π,3),解得ω=eq \f(3,2).
法二 由题意,得f(x)max=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))=sineq \f(π,3)ω=1.
由已知并结合正弦函数图象可知,eq \f(π,3)ω=eq \f(π,2)+2kπ(k∈Z),解得ω=eq \f(3,2)+6k(k∈Z),所以当k=0时,ω=eq \f(3,2).
答案 (1)C (2)sin 68°>cs 23°>cs 97° (3)eq \f(3,2)
考点四 三角函数的周期性、奇偶性、对称性 多维探究
角度1 三角函数奇偶性、周期性
【例4-1】 (1)(2018·全国Ⅰ卷)已知函数f(x)=2cs2x-sin2x+2,则( )
A.f(x)的最小正周期为π,最大值为3
B.f(x)的最小正周期为π,最大值为4
C.f(x)的最小正周期为2π,最大值为3
D.f(x)的最小正周期为2π,最大值为4
(2)(2019·杭州调研)设函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+θ))-eq \r(3)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+θ))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(|θ|<\f(π,2)))的图象关于y轴对称,则θ=( )
A.-eq \f(π,6) B.eq \f(π,6) C.-eq \f(π,3) D.eq \f(π,3)
解析 (1)易知f(x)=2cs2x-sin2x+2=3cs2x+1=3eq \f(cs 2x+1,2)+1=eq \f(3,2)cs 2x+eq \f(5,2),则f(x)的最小正周期为π,当2x=2kπ,即x=kπ(k∈Z)时,f(x)取得最大值,最大值为4.
(2)f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+θ))-eq \r(3)cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+θ))
=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)x+θ-\f(π,3))),
由题意可得f(0)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(θ-\f(π,3)))=±2,即sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(θ-\f(π,3)))=±1,∴θ-eq \f(π,3)=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),
∴θ=eq \f(5π,6)+kπ(k∈Z).
∵|θ|
规律方法 1.若f(x)=Asin(ωx+φ)(A,ω≠0),则
(1)f(x)为偶函数的充要条件是φ=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z);
(2)f(x)为奇函数的充要条件是φ=kπ(k∈Z).
2.函数y=Asin(ωx+φ)与y=Acs(ωx+φ)的最小正周期T=eq \f(2π,|ω|),y=Atan(ωx+φ)的最小正周期T=eq \f(π,|ω|).
角度2 三角函数图象的对称性
【例4-2】 (1)已知函数f(x)=asin x+cs x(a为常数,x∈R)的图象关于直线x=eq \f(π,6)对称,则函数g(x)=sin x+acs x的图象( )
A.关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),0))对称 B.关于点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,3),0))对称
C.关于直线x=eq \f(π,3)对称 D.关于直线x=eq \f(π,6)对称
(2)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ω>0,|φ|≤\f(π,2))),x=-eq \f(π,4)为f(x)的零点,x=eq \f(π,4)为y=f(x)图象的对称轴,且f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,18),\f(5π,36)))上单调,则ω的最大值为( )
A.11 B.9 C.7 D.5
解析 (1)因为函数f(x)=asin x+cs x(a为常数,x∈R)的图象关于直线x=eq \f(π,6)对称,
所以f(0)=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3))),所以1=eq \f(\r(3),2)a+eq \f(1,2),a=eq \f(\r(3),3),
所以g(x)=sin x+eq \f(\r(3),3)cs x=eq \f(2\r(3),3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,6))),
函数g(x)的对称轴方程为x+eq \f(π,6)=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),即x=kπ+eq \f(π,3)(k∈Z),当k=0时,对称轴为直线x=eq \f(π,3),所以g(x)=sin x+acs x的图象关于直线x=eq \f(π,3)对称.
(2)因为x=-eq \f(π,4)为f(x)的零点,x=eq \f(π,4)为f(x)的图象的对称轴,所以eq \f(π,4)-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4)))=eq \f(T,4)+eq \f(kT,2),即eq \f(π,2)=eq \f(2k+1,4)T=eq \f(2k+1,4)·eq \f(2π,ω)(k∈Z),所以ω=2k+1(k∈Z).
又因为f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,18),\f(5π,36)))上单调,所以eq \f(5π,36)-eq \f(π,18)=eq \f(π,12)≤eq \f(T,2)=eq \f(2π,2ω),即ω≤12,ω=11验证不成立(此时求得f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(11x-\f(π,4)))在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,18),\f(3π,44)))上单调递增,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3π,44),\f(5π,36)))上单调递减),ω=9满足条件,由此得ω的最大值为9.
答案 (1)C (2)B
规律方法 1.对于可化为f(x)=Asin(ωx+φ)形式的函数,如果求f(x)的对称轴,只需令ωx+φ=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),求x即可;如果求f(x)的对称中心的横坐标,只需令ωx+φ=kπ(k∈Z),求x即可.
2.对于可化为f(x)=Acs(ωx+φ)形式的函数,如果求f(x)的对称轴,只需令ωx+φ=kπ(k∈Z),求x;如果求f(x)的对称中心的横坐标,只需令ωx+φ=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),求x即可.
【训练4】 (1)(2018·全国Ⅲ卷)函数f(x)=eq \f(tan x,1+tan2x)的最小正周期为( )
A.eq \f(π,4) B.eq \f(π,2) C.π D.2π
(2)设函数f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3))),则下列结论错误的是( )
A.f(x)的一个周期为-2π
B.y=f(x)的图象关于直线x=eq \f(8π,3)对称
C.f(x+π)的一个零点为x=eq \f(π,6)
D.f(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),π))单调递减
解析 (1)f(x)的定义域为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(x|x≠kπ+\f(π,2),k∈Z)).
f(x)=eq \f(\f(sin x,cs x),1+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(sin x,cs x)))\s\up12(2))=sin x·cs x=eq \f(1,2)sin 2x,
∴f(x)的最小正周期T=eq \f(2π,2)=π.
(2)A项,因为f(x)的周期为2kπ(k∈Z且k≠0),所以f(x)的一个周期为-2π,A项正确.
B项,因为f(x)图象的对称轴为直线x=kπ-eq \f(π,3)(k∈Z),当k=3时,直线x=eq \f(8π,3)是其对称轴,B项正确.
C项,f(x+π)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(4π,3))),将x=eq \f(π,6)代入得到feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(7π,6)))=cseq \f(3π,2)=0,所以x=eq \f(π,6)是f(x+π)的一个零点,C项正确.
D项,因为f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,3)))的递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2kπ-\f(π,3),2kπ+\f(2π,3))) (k∈Z),递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2kπ+\f(2π,3),2kπ+\f(5π,3))) (k∈Z),所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2),\f(2π,3)))是减区间,eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,3),π))是增区间,D项错误.
答案 (1)C (2)D
[思维升华]
1.讨论三角函数性质,应先把函数式化成y=Asin(ωx+φ)(ω>0)的形式.
2.对于函数的性质(定义域、值域、单调性、对称性、最值等)可以通过换元的方法令t=ωx+φ,将其转化为研究y=sin t(或y=cs t)的性质.
3.数形结合是本节的重要数学思想.
[易错防范]
1.闭区间上最值或值域问题,首先要在定义域基础上分析单调性;含参数的最值问题,要讨论参数对最值的影响.
2.要注意求函数y=Asin(ωx+φ)的单调区间时A和ω的符号,尽量化成ω>0时情况,避免出现增减区间的混淆.
3.求三角函数的单调区间时,当单调区间有无穷多个时,别忘了注明k∈Z.
基础巩固题组
(建议用时:40分钟)
一、选择题
1.(2017·山东卷)函数y=eq \r(3)sin 2x+cs 2x的最小正周期为( )
A.eq \f(π,2) B.eq \f(2π,3) C.π D.2π
解析 ∵y=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(3),2)sin 2x+\f(1,2)cs 2x))=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,6))),
∴T=eq \f(2π,2)=π.
答案 C
2.(2019·石家庄检测)若eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,8),0))是函数f(x)=sin ωx+cs ωx图象的一个对称中心,则ω的一个取值是( )
A.2 B.4 C.6 D.8
解析 因为f(x)=sin ωx+cs ωx=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx+\f(π,4))),由题意,知feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,8)))=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(ωπ,8)+\f(π,4)))=0,所以eq \f(ωπ,8)+eq \f(π,4)=kπ(k∈Z),即ω=8k-2(k∈Z),当k=1时,ω=6.
答案 C
3.已知函数f(x)=2sin ωx(ω>0)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),\f(π,4)))上的最小值是-2,则ω的最小值等于( )
A.eq \f(2,3) B.eq \f(3,2) C.2 D.3
解析 ∵ω>0,-eq \f(π,3)≤x≤eq \f(π,4),∴-eq \f(ωπ,3)≤ωx≤eq \f(ωπ,4).
由已知条件知-eq \f(ωπ,3)≤-eq \f(π,2),∴ω≥eq \f(3,2).
答案 B
4.(2019·湖南十四校联考)已知函数f(x)=2sin ωx-cs ωx(ω>0),若f(x)的两个零点x1,x2满足|x1-x2|min=2,则f(1)的值为( )
A.eq \f(\r(10),2) B.-eq \f(\r(10),2) C.2 D.-2
解析 依题意可得函数的最小正周期为eq \f(2π,ω)=2|x1-x2|min=2×2=4,即ω=eq \f(π,2),所以f(1)=2sin eq \f(π,2)-cs eq \f(π,2)=2.
答案 C
5.若f(x)为偶函数,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上满足:对任意x1
A.f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(5π,2))) B.f(x)=|sin(π+x)|
C.f(x)=-tan x D.f(x)=1-2cs22x
解析 ∵f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(5π,2)))=-sin x为奇函数,∴排除A;f(x)=-tan x为奇函数,∴排除C;f(x)=1-2cs22x=-cs 4x为偶函数,且单调增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2),\f(kπ,2)+\f(π,4)))(k∈Z),排除D;f(x)=|sin(π+x)|=|sin x|为偶函数,且在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上单调递增.
答案 B
二、填空题
6.(2019·烟台检测)若函数f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+φ-\f(π,3)))(0<φ<π)是奇函数,则φ=________.
解析 因为f(x)为奇函数,所以φ-eq \f(π,3)=eq \f(π,2)+kπ(k∈Z),φ=eq \f(5π,6)+kπ,k∈Z.又因为0<φ<π,故φ=eq \f(5π,6).
答案 eq \f(5π,6)
7.函数y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)-2x))的单调递减区间为________.
解析 由y=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)-2x))=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4))),
得2kπ≤2x-eq \f(π,4)≤2kπ+π(k∈Z),
解得kπ+eq \f(π,8)≤x≤kπ+eq \f(5π,8)(k∈Z),
所以函数的单调递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,8),kπ+\f(5π,8)))(k∈Z).
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,8),kπ+\f(5π,8)))(k∈Z)
8.(2018·北京卷)设函数f(x)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,6)))(ω>0).若f(x)≤feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)))对任意的实数x都成立,则ω的最小值为________.
解析 由于对任意的实数都有f(x)≤feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)))成立,故当x=eq \f(π,4)时,函数f(x)有最大值,故feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4)))=1,eq \f(πω,4)-eq \f(π,6)=2kπ(k∈Z),∴ω=8k+eq \f(2,3)(k∈Z).又ω>0,∴ωmin=eq \f(2,3).
答案 eq \f(2,3)
三、解答题
9.(2018·北京卷)已知函数f(x)=sin2x+eq \r(3)sin xcs x.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)若f(x)在区间eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),m))上的最大值为eq \f(3,2),求m的最小值.
解 (1)f(x)=eq \f(1,2)-eq \f(1,2)cs 2x+eq \f(\r(3),2)sin 2x
=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))+eq \f(1,2).
所以f(x)的最小正周期为T=eq \f(2π,2)=π.
(2)由(1)知f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))+eq \f(1,2).
由题意知-eq \f(π,3)≤x≤m,
所以-eq \f(5π,6)≤2x-eq \f(π,6)≤2m-eq \f(π,6).
要使得f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),m))上的最大值为eq \f(3,2),
即sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6)))在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(π,3),m))上的最大值为1.
所以2m-eq \f(π,6)≥eq \f(π,2),即m≥eq \f(π,3).
故实数m的最小值为eq \f(π,3).
10.(2019·北京通州区质检)已知函数f(x)=sin ωx-cs ωx(ω>0)的最小正周期为π.
(1)求函数y=f(x)图象的对称轴方程;
(2)讨论函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上的单调性.
解 (1)∵f(x)=sin ωx-cs ωx=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(ωx-\f(π,4))),且T=π,
∴ω=2,于是f(x)=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,4))).
令2x-eq \f(π,4)=kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),得x=eq \f(kπ,2)+eq \f(3π,8)(k∈Z).
即函数f(x)图象的对称轴方程为x=eq \f(kπ,2)+eq \f(3π,8)(k∈Z).
(2)令2kπ-eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,4)≤2kπ+eq \f(π,2)(k∈Z),
得函数f(x)的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,8),kπ+\f(3π,8)))(k∈Z).
注意到x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))),所以令k=0,
得函数f(x)在eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上的单调递增区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(3π,8)));
同理,其单调递减区间为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(3π,8),\f(π,2))).
能力提升题组
(建议用时:20分钟)
11.若对于任意x∈R都有f(x)+2f(-x)=3cs x-sin x,则函数f(2x)图象的对称中心为( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,4),0))(k∈Z) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,8),0))(k∈Z)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2)-\f(π,4),0))(k∈Z) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2)-\f(π,8),0))(k∈Z)
解析 因为f(x)+2f(-x)=3cs x-sin x,
所以f(-x)+2f(x)=3cs x+sin x.
解得f(x)=cs x+sin x=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x+\f(π,4))),
所以f(2x)=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4))).
令2x+eq \f(π,4)=kπ(k∈Z),得x=eq \f(kπ,2)-eq \f(π,8)(k∈Z).
所以f(2x)图象的对称中心为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2)-\f(π,8),0))(k∈Z).
答案 D
12.(2017·天津卷)设函数f(x)=2sin(ωx+φ),x∈R,其中ω>0,|φ|<π.若feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,8)))=2,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(11π,8)))=0,且f(x)的最小正周期大于2π,则( )
A.ω=eq \f(2,3),φ=eq \f(π,12) B.ω=eq \f(2,3),φ=-eq \f(11π,12)
C.ω=eq \f(1,3),φ=-eq \f(11π,24) D.ω=eq \f(1,3),φ=eq \f(7π,24)
解析 ∵feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,8)))=2,feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(11π,8)))=0,且f(x)的最小正周期大于2π,
∴f(x)的最小正周期为4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(11π,8)-\f(5π,8)))=3π,
∴ω=eq \f(2π,3π)=eq \f(2,3),∴f(x)=2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3)x+φ)).
∴2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3)×\f(5π,8)+φ))=2,得φ=2kπ+eq \f(π,12)(k∈Z),
又|φ|<π,∴取k=0,得φ=eq \f(π,12).
答案 A
13.已知x0=eq \f(π,3)是函数f(x)=sin(2x+φ)的一个极大值点,则f(x)的单调递减区间是________.
解析 因为x0=eq \f(π,3)是函数f(x)=sin(2x+φ)的一个极大值点,
所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2×\f(π,3)+φ))=1,解得φ=2kπ-eq \f(π,6)(k∈Z).
不妨取φ=-eq \f(π,6),此时f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,6))),
令2kπ+eq \f(π,2)≤2x-eq \f(π,6)≤2kπ+eq \f(3π,2)(k∈Z),
得f(x)的单调递减区间是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,3),kπ+\f(5,6)π))(k∈Z).
答案 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,3),kπ+\f(5,6)π))(k∈Z)
14.已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)-x))sin x-eq \r(3)cs2x+eq \f(\r(3),2).
(1)求f(x)的最大值及取得最大值时x的值;
(2)若方程f(x)=eq \f(2,3)在(0,π)上的解为x1,x2,求cs(x1-x2)的值.
解 (1)f(x)=cs xsin x-eq \f(\r(3),2)(2cs2x-1)
=eq \f(1,2)sin 2x-eq \f(\r(3),2)cs 2x=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x-\f(π,3))).
当2x-eq \f(π,3)=eq \f(π,2)+2kπ(k∈Z),即x=eq \f(5,12)π+kπ(k∈Z)时,函数f(x)取最大值,且最大值为1.
(2)由(1)知,函数f(x)图象的对称轴为x=eq \f(5,12)π+kπ(k∈Z),∴当x∈(0,π)时,对称轴为x=eq \f(5,12)π.
又方程f(x)=eq \f(2,3)在(0,π)上的解为x1,x2.
∴x1+x2=eq \f(5,6)π,则x1=eq \f(5,6)π-x2,
∴cs(x1-x2)=cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,6)π-2x2))=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x2-\f(π,3))),
又f(x2)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x2-\f(π,3)))=eq \f(2,3),
故cs(x1-x2)=eq \f(2,3).
新高考创新预测
15.(思维创新)已知函数f(x)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(π,6))),若对任意的实数α∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(5π,6),-\f(π,2))),都存在唯一的实数β∈[0,m],使f(α)+f(β)=0,则实数m的最小值是________.
解析 因为α∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(5π,6),-\f(π,2))),所以α-eq \f(π,6)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-π,-\f(2π,3))),则f(α)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(α-\f(π,6)))∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(\r(3),2),0)),因为对任意的实数α∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(-\f(5π,6),-\f(π,2))),都存在唯一的实数β∈[0,m],使f(α)+f(β)=0,所以f(β)在[0,m]上单调,且f(β)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(\r(3),2))),则sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(β-\f(π,6)))∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(\r(3),2))),则β-eq \f(π,6)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3))),所以β∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,6),\f(π,2))),即实数m的最小值是eq \f(π,2).
答案 eq \f(π,2)函数
y=sin x
y=cs x
y=tan x
图象
定义域
R
R
{xeq \b\lc\|(\a\vs4\al\c1(x∈R,且)) x≠kπ+eq \f(π,2)}
值域
[-1,1]
[-1,1]
R
周期性
2π
2π
π
奇偶性
奇函数
偶函数
奇函数
递增区间
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2kπ-\f(π,2),2kπ+\f(π,2)))
[2kπ-π,2kπ]
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ-\f(π,2),kπ+\f(π,2)))
递减区间
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(2kπ+\f(π,2),2kπ+\f(3π,2)))
[2kπ,2kπ+π]
无
对称中心
(kπ,0)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kπ+\f(π,2),0))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(kπ,2),0))
对称轴方程
x=kπ+eq \f(π,2)
x=kπ
无
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