2017届高考文科数学(全国通用)二轮文档讲义:第2编专题2-3-1三角函数的图象与性质

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2017届高考文科数学(全国通用)二轮文档讲义:第2编专题2-3-1三角函数的图象与性质

专题三 三角函数与解三角形 第一讲 三角函数的图象与性质 ‎[必记公式]‎ ‎1.三角函数的图象与性质 函数 y=sinx y=cosx y=tanx 图象 单 调 性 在-+2kπ,+2kπ(k∈Z)上单调递增;在+2kπ,+2kπ(k∈Z)上单调递减 在[-π+2kπ,2kπ](k∈Z)上单调递增;在[2kπ,π+2kπ](k∈Z)上单调递减 在-+kπ,+kπ ‎(k∈Z)上单调递增 对 称 性 对称中心:‎ ‎(kπ,0)(k∈Z);‎ 对称轴:‎ x=+kπ(k∈Z)‎ 对称中心:‎ (k∈Z);‎ 对称轴:‎ x=kπ(k∈Z)‎ 对称中心:‎ (k∈Z)‎ ‎2.三角函数的两种常见图象变换 ‎ [重要结论]‎ ‎1.三角函数的奇偶性 ‎(1)函数y=Asin(ωx+φ)是奇函数⇔φ=kπ(k∈Z),是偶函数⇔φ=kπ+(k∈Z);‎ ‎(2)函数y=Acos(ωx+φ)是奇函数⇔φ=kπ+(k∈Z),是偶函数⇔φ=kπ(k∈Z);‎ ‎(3)函数y=Atan(ωx+φ)是奇函数⇔φ=kπ(k∈Z).‎ ‎2.三角函数的对称性 ‎(1)函数y=Asin(ωx+φ)的图象的对称轴由ωx+φ=kπ+(k∈Z)解得,对称中心的横坐标由ωx+φ=kπ(k∈Z)解得;‎ ‎(2)函数y=Acos(ωx+φ)的图象的对称轴由ωx+φ=kπ(k∈Z)解得,对称中心的横坐标由ωx+φ=kπ+(k∈Z)解得;‎ ‎(3)函数y=Atan(ωx+φ)的图象的对称中心由ωx+φ=(k∈Z)解得.‎ ‎[失分警示]‎ ‎1.忽视定义域 求解三角函数的单调区间、最值(值域)以及作图象等问题时,要注意函数的定义域.‎ ‎2.重要图象变换顺序 在图象变换过程中,注意分清是先相位变换,还是先周期变换.变换只是相对于其中的自变量x而言的,如果x的系数不是1,就要把这个系数提取后再确定变换的单位长度和方向.‎ ‎3.忽视A,ω的符号 在求y=Asin(ωx+φ)的单调区间时,要特别注意A和ω的符号,若ω<0,需先通过诱导公式将x的系数化为正的.‎ ‎4.易忽略对隐含条件的挖掘,扩大角的范围导致错误.‎ ‎ ‎ 考点 三角函数的定义域、值域(最值)  ‎ 典例示法 典例1  (1)[2016·合肥一模]函数y=lg (2sinx-1)+的定义域是________.‎ ‎[解析] 由题意,得即 首先作出sinx=与cosx=表示的角的终边(如图所示).‎ 由图可知劣弧和优弧的公共部分对应角的范围是,2kπ+(k∈Z).‎ 所以函数的定义域为(k∈Z).‎ ‎[答案] (k∈Z)‎ ‎(2)已知函数f(x)=-sin+6sinxcosx-2cos2x+1,x∈R.‎ ‎①求f(x)的最小正周期;‎ ‎②求f(x)在区间上的最大值和最小值.‎ ‎[解] ①f(x)=-sin2x-cos2x+3sin2x-cos2x=2sin2x-2cos2x=2sin.‎ 所以f(x)的最小正周期T==π.‎ ‎②由①知f(x)=2sin.‎ 因为x∈,‎ 所以2x-∈,‎ 则sin∈.‎ 所以f(x)在上最大值为2,最小值为-2.‎ ‎1.三角函数定义域的求法 求三角函数的定义域实际上是解简单的三角不等式,常借助三角函数线或三角函数图象来求解.‎ ‎2.三角函数值域(最值)的三种求法 ‎(1)直接法:利用sinx,cosx的值域.‎ ‎(2)化一法:化为y=Asin(ωx+φ)+k的形式逐步分析ωx+φ的范围,根据正弦函数单调性写出函数的值域(最值).‎ ‎(3)换元法:把sinx或cosx看作一个整体,可化为求函数在给定区间上的值域(最值)问题.‎ 针对训练 ‎[2015·天津高考]已知函数f(x)=sin2x-sin2,x∈R.‎ ‎(1)求f(x)的最小正周期;‎ ‎(2)求f(x)在区间上的最大值和最小值.‎ 解 (1)由已知,有 f(x)=- ‎=-cos2x ‎=sin2x-cos2x=sin.‎ 所以,f(x)的最小正周期T==π.‎ ‎(2)解法一:因为f(x)在区间上是减函数,在区间上是增函数,‎ f=-,f=-,f=.所以,f(x)在区间[-,]上的最大值为,最小值为-.‎ 解法二:由x∈得2x-∈,故当2x-=-,x=-时,f(x)取得最小值为-,当2x-=,x=时,f(x)取最大值为.‎ 考点 三角函数的性质  ‎ 典例示法 典例2  [2015·山东枣庄质检]已知函数f(x)=sin+sin-2cos2,x∈R(其中ω>0).‎ ‎(1)求函数f(x)的值域;‎ ‎(2)若函数f(x)的图象与直线y=-1的两个相邻交点间的距离为,求函数f(x)的单调递增区间.‎ ‎[解] (1)f(x)=sinωx+cosωx+sinωx-cosωx-(cosωx+1)‎ ‎=2-1‎ ‎=2sin-1‎ 由-1≤sin≤1,‎ 得-3≤2sin-1≤1,‎ 所以函数f(x)的值域为[-3,1].‎ ‎(2)由题设条件及三角函数的图象和性质可知,‎ f(x)的周期为π,所以=π,即ω=2.‎ 所以f(x)=2sin-1,‎ 再由2kπ-≤2x-≤2kπ+(k∈Z),‎ 解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z).‎ 所以函数f(x)的单调递增区间为 ‎(k∈Z).‎ ‎1.求解函数y=Asin(ωx+φ)的性质问题的三种意识 ‎(1)转化意识:利用三角恒等变换将所求函数转化为f(x)=Asin(ωx+φ)的形式.‎ ‎(2)整体意识:类比y=sinx的性质,只需将y=Asin(ωx+φ)中的“ωx+φ”看成y=sinx中的“x”,采用整体代入求解.‎ ‎①令ωx+φ=kπ+(k∈Z),可求得对称轴方程.‎ ‎②令ωx+φ=kπ(k∈Z),可求得对称中心的横坐标.‎ ‎③将ωx+φ看作整体,可求得y=Asin(ωx+φ)的单调区间,注意ω的符号.‎ ‎(3)讨论意识:当A为参数时,求最值应分情况讨论A>0,A<0.‎ ‎2.求解三角函数的性质的三种方法 ‎(1)求单调区间的两种方法 ‎①代换法:求形如y=Asin(ωx+φ)(或y=Acos(ωx+φ))(A,ω,φ为常数,A≠0,ω>0)的单调区间时,令ωx+φ=z,则y=Asinz(或y=Acosz),然后由复合函数的单调性求得.‎ ‎②图象法:画出三角函数的图象,结合图象求其单调区间.‎ ‎(2)判断对称中心与对称轴:利用函数y=Asin(ωx+φ)的对称轴一定经过图象的最高点或最低点,对称中心一定是函数的零点这一性质,通过检验f(x0)的值进行判断.‎ ‎(3)三角函数周期的求法 ‎①利用周期定义.‎ ‎②利用公式:y=Asin(ωx+φ)和y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为,y=tan(ωx+φ)的最小正周期为.‎ ‎③利用图象.‎ 针对训练 ‎1.[2015·湖南高考]已知ω>0,在函数y=2sinωx与y=2cosωx的图象的交点中,距离最短的两个交点的距离为2,则ω=________.‎ 答案  解析 由题意,两函数图象交点间的最短距离即相邻的两交点间的距离,设相邻的两交点坐标分别为P(x1,y1),Q(x2,y2),易知|PQ|2=(x2-x1)2+(y2-y1)2,其中|y2-y1|=-(-)=2,|x2-x1|为函数y=2sinωx-2cosωx=2sin的两个相邻零点之间的距离,恰好为函数最小正周期的一半,所以(2)2=2+(2)2,ω=.‎ ‎2.[2014·北京高考]设函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A,ω,φ是常数,A>0,ω>0).若f(x)在区间上具有单调性,且f=f=-f,则f(x)的最小正周期为________.‎ 答案 π 解析 由f(x)在区间上具有单调性,且f=-f知,f(x)有对称中心,由f=f知f(x)有对称轴x=(+π)=π.记f(x)的最小正周期为T,则T≥-,即T≥π.故π-==,解得T=π.‎ 考点 三角函数的图象及应用  ‎ 典例示法 题型1 利用图象求y=Asin(ωx+φ)的解析式 典例3  函数f(x)=2sin(ωx+φ)的部分图象如图所示,则ω,φ的值分别是(  )‎ A.2,- B.2,- C.4,- D.4, ‎[解析] 从图中读出此函数的周期情况为T=·=-=,所以ω ‎=2.又读出图中最高点坐标为,代入解析式f(x)=2sin(2x+φ),得到2=2sin,所以2×+φ=2kπ+(k∈Z),则φ=2kπ-.‎ 因为-<φ<,所以令k=0,得到φ=-,故选A.‎ ‎[答案] A 题型2 函数y=Asin(ωx+φ)的图象变换 典例4  [2015·山东高考]要得到函数y=sin的图象,只需将函数y=sin4x的图象(  )‎ A.向左平移个单位 B.向右平移个单位 C.向左平移个单位 D.向右平移个单位 ‎[解析] 因为y=sin=sin,所以只需将y=sin4x的图象向右平移个单位,即可得到函数y=sin的图象,故选B.‎ ‎[答案] B 题型3 函数y=Asin(ωx+φ)的图象和性质的综合应用 典例5  [2016·太原一模]已知函数f(x)=sin(ωx+φ)的最小正周期是π,若将其图象向右平移个单位后得到的图象关于原点对称,则函数f(x)的图象(  )‎ A.关于直线x=对称 B.关于直线x=对称 C.关于点对称 D.关于点对称 ‎[解析] ∵f(x)的最小正周期为π,∴=π,ω=2,∴f(x)的图象向右平移个单位后得到g(x)=sin=sin的图象,又g(x)的图象关于原点对称,‎ ‎∴-+φ=kπ,k∈Z,φ=+kπ,k∈Z,又|φ|<,∴<,∴k=-1,φ=-‎ ,∴f(x)=sin,当x=时,2x-=-,∴A,C错误,当x=时,2x-=,∴B正确,D错误.‎ ‎[答案] B 本例中条件不变,若平移后得到的图象关于y轴对称,则f(x)的图象又关于谁对称?(  )‎ 答案 D 解析 g(x)的图象关于y轴对称,则-+φ=+kπ,k∈Z,可求φ=,∴f(x)=sin,2x+=kπ,可得x=-,令k=1,则x=,故选D.‎ ‎1.函数表达式y=Asin(ωx+φ)+B的确定方法 ‎2.三角函数图象平移问题处理策略 ‎(1)看平移要求:首先要看题目要求由哪个函数平移得到哪个函数,这是判断移动方向的关键点.‎ ‎(2)看移动方向:移动的方向一般记为“正向左,负向右”,看y=Asin(ωx+φ)中φ的正负和它的平移要求.‎ ‎(3)看移动单位:在函数y=Asin(ωx+φ)中,周期变换和相位变换都是沿x轴方向的,所以ω和φ之间有一定的关系,φ是初相,再经过ω的压缩,最后移动的单位是.‎ ‎3.研究三角函数图象与性质的常用方法 ‎(1)求三角函数的周期、单调区间、最值及判断三角函数的奇偶性,往往是在定义域内,先化简三角函数式,尽量化为y=Asin(ωx+φ)的形式,然后再求解.‎ ‎(2)对于形如y=asinωx+bcosωx型的三角函数,要通过引入辅助角化为y=sin(ωx+φ),的形式来求.‎ ‎ [全国卷高考真题调研]‎ ‎1.[2016·全国卷Ⅱ]若将函数y=2sin2x的图象向左平移个单位长度,则平移后图象的对称轴为(  )‎ A.x=-(k∈Z) B.x=+(k∈Z)‎ C.x=-(k∈Z) D.x=+(k∈Z)‎ 答案 B 解析 函数y=2sin2x的图象向左平移个单位长度,得到的图象对应的函数表达式为y=2sin,令2=kπ+(k∈Z),解得x=+(k∈Z),所以所求对称轴的方程为x=+(k∈Z),故选B.‎ ‎2.[2015·全国卷Ⅰ]函数f(x)=cos(ωx+φ)的部分图象如图所示,则f(x)的单调递减区间为(  )‎ A.,k∈Z B.,k∈Z C.,k∈Z D.,k∈Z 答案 D 解析 由图象可知+φ=+2mπ,+φ=+2mπ,m∈Z,所以ω=π,φ=+2mπ,m∈Z,所以函数f(x)=cos=cos的单调递减区间为2kπ<πx+<2kπ+π,k∈Z,即2k-0)个单位长度得到点P′.若P′位于函数y=sin2x的图象上,则(  )‎ A.t=,s的最小值为 B.t=,s的最小值为 C.t=,s的最小值为 D.t=,s的最小值为 答案 A 解析 因为点P在函数y=sin的图象上,所以t=sin ‎=sin=.又P′在函数y=sin2x的图象上,所以=sin,则2=2kπ+或2=2kπ+,k∈Z,得s=-kπ+或s=-kπ-,k∈Z.又s>0,故s的最小值为.故选A.‎ ‎4.[2015·陕西高考]如图,某港口一天6时到18时的水深变化曲线近似满足函数y=3sin+k.据此函数可知,这段时间水深(单位:m)的最大值为(  )‎ A.5 B.6‎ C.8 D.10‎ 答案 C 解析 由题图可知-3+k=2,k=5,y=3sin+5,∴ymax=3+5=8.‎ ‎5.[2015·湖南高考]将函数f(x)=sin2x的图象向右平移φ个单位后得到函数g(x)的图象.若对满足|f(x1)-g(x2)|=2的x1,x2,有|x1-x2|min=,则φ=(  )‎ A. B. C. D. 答案 D 解析 由已知得g(x)=sin(2x-2φ),满足|f(x1)-g(x2)|=2,不妨设此时y=f(x)和y=g(x)分别取得最大值与最小值,又|x1-x2|min=,令2x1=,2x2-2φ=-,此时|x1-x2|==,又0<φ<,故φ=,选D.‎ ‎6.[2015·湖北高考]某同学用“五点法”画函数f(x)=Asin(ωx+φ)‎ 在某一个周期内的图象时,列表并填入了部分数据,如下表:‎ ωx+φ ‎0‎ π ‎2π x Asin(ωx+φ)‎ ‎0‎ ‎5‎ ‎-5‎ ‎0‎ ‎(1)请将上表数据补充完整,并直接写出函数f(x)的解析式;‎ ‎(2)将y=f(x)图象上所有点向左平行移动θ(θ>0)个单位长度,得到y=g(x)的图象.若y=g(x)图象的一个对称中心为,求θ的最小值.‎ 解 (1)根据表中已知数据,解得A=5,ω=2,φ=-.数据补全如下表:‎ ωx+φ ‎0‎ π ‎2π x Asin(ωx+φ)‎ ‎0‎ ‎5‎ ‎0‎ ‎-5‎ ‎0‎ 且函数表达式为f(x)=5sin.‎ ‎(2)由(1)知f(x)=5sin,‎ 得g(x)=5sin.‎ 因为y=sinx的对称中心为(kπ,0),k∈Z.‎ 令2x+2θ-=kπ,解得x=+-θ,k∈Z.‎ 由于函数y=g(x)的图象关于点成中心对称,令+-θ=,解得θ=-,k∈Z.‎ 由θ>0可知,当k=1时,θ取得最小值.‎ ‎ ‎ 一、选择题 ‎1.[2016·贵阳监测]下列函数中,以为最小正周期的奇函数是(  )‎ A.y=sin2x+cos2x B.y=sin C.y=sin2xcos2x D.y=sin22x-cos22x 答案 C 解析 A中,y=sin2x+cos2x=sin,为非奇非偶函数,故A错;B中,y=sin=cos4x,为偶函数,故B错;C中,y=sin2xcos2x=sin4x,最小正周期为且为奇函数,故C正确;D中,y=sin22x-cos22x=-cos4x ,为偶函数,故D错,选C.‎ ‎2.[2016·唐山统考]将函数y=cos2x-sin2x的图象向右平移个单位长度,所得图象对应的函数为g(x),则g(x)=(  )‎ A.2sin2x B.-2sin2x C.2cos D.2sin 答案 A 解析 因为y=cos2x-sin2x=2sin=-2sin2x-,将其图象向右平移个单位长度得到g(x)=-2sin=-2sin(2x-π)=2sin2x的图象,所以选A.‎ ‎3.[2016·武昌调研]已知函数f(x)=2sin-1(ω>0)的图象向右平移个单位后与原图象重合,则ω的最小值是(  )‎ A.3 B. C. D. 答案 A 解析 将f(x)的图象向右平移个单位后得到图象的函数解析式为2sin-1=2sin-1,所以=2kπ,k∈Z,所以ω=3k,k∈Z,因为ω>0,k∈Z,所以ω的最小值为3,故选A.‎ ‎4.[2016·沈阳质检]某函数部分图象如图所示,它的函数解析式可能是(  )‎ A.y=sin B.y=sin C.y=sin D.y=-cos 答案 C 解析 不妨令该函数解析式为y=Asin(ωx+φ)(ω>0),由图知A=1,=-=,于是=,即ω=,是函数的图象递减时经过的零点,于是×+φ=2kπ+π,k∈Z,所以φ可以是,选C.‎ ‎5.[2016·广州模拟]已知sinφ=,且φ∈,函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0)的图象的相邻两条对称轴之间的距离等于,则f的值为(  )‎ A.- B.- C. D. 答案 B 解析 由函数f(x)=sin(ωx+φ)的图象的相邻两条对称轴之间的距离等于,得到其最小正周期为π,所以ω=2,f=sin=cosφ=-=-.‎ ‎6.[2016·重庆测试]设x0为函数f(x)=sinπx的零点,且满足|x0|+f<33,则这样的零点有(  )‎ A.61个 B.63个 C.65个 D.67个 答案 C 解析 依题意,由f(x0)=sinπx0=0得,πx0=kπ,k∈Z,x0=k,k∈Z.当k是奇数时,f=sin=sin=-1,|x0|+f=|k|-1<33,|k|<34,满足这样条件的奇数k共有34个;当k是偶数时,f=sin=sin=1,|x0|+f=|k|+1<33,|k|<32,满足这样条件的偶数k共有31个.综上所述,满足题意的零点共有34+31=65个,选C.‎ 二、填空题 ‎7.函数f(x)=sin(ωx+φ)(x∈R)的部分图象如图所示,如果x1,x2∈,且f(x1)=f(x2),则f(x1+x2)=________.‎ 答案  解析 由题图可知,=-=,则T=π,ω=2,又∵=,∴f(x)的图象过点,‎ 即sin=1,得φ=,∴f(x)=sin.‎ 而x1+x2=-+=,∴f(x1+x2)=f=sin=sin=.‎ ‎8.[2016·贵阳监测]为得到函数y=sin的图象,可将函数y=sinx的图象向左平移m个单位长度,或向右平移n个单位长度(m,n均为正数),则|m-n ‎|的最小值是________.‎ 答案  解析 由题意可知,m=+2k1π,k1为非负整数,n=-+2k2π,k2为正整数,∴|m-n|=,∴当k1=k2时,|m-n|min=.‎ ‎9.[2016·湖南岳阳质检]已知函数f(x)=sin的图象向左平移个单位后与函数g(x)=sin的图象重合,则正数ω的最小值为________.‎ 答案  解析 将f(x)=sin的图象向左平移个单位后,得到函数f1(x)=sin的图象.‎ 又f1(x)=sin的图象与g(x)=sinωx+的图象重合,故ωx+ω+=2kπ+ωx+,k∈Z.所以ω=12k-(k∈Z).又ω>0,故当k=1时,ω取得最小值,为12-=.‎ 三、解答题 ‎10.[2014·山东高考]已知向量a=(m,cos2x),b=(sin2x,n),函数f(x)=a·b,且y=f(x)的图象过点和点.‎ ‎(1)求m,n的值;‎ ‎(2)将y=f(x)的图象向左平移φ(0<φ<π)个单位后得到函数y=g(x)的图象,若y=g(x)图象上各最高点到点(0,3)的距离的最小值为1,求y=g(x)的单调递增区间.‎ 解 (1)由题意知f(x)=a·b=msin2x+ncos2x.‎ 因为y=f(x)的图象过点和,‎ 所以 即解得 ‎(2)由(1)知 f(x)=sin2x+cos2x=2sin.‎ 由题意知g(x)=f(x+φ)=2sin.‎ 设y=g(x)的图象上符合题意的最高点为(x0,2),‎ 由题意知x+1=1,所以x0=0,‎ 即到点(0,3)的距离为1的最高点为(0,2).‎ 将其代入y=g(x)得sin=1,‎ 因为0<φ<π,所以φ=,‎ 因此g(x)=2sin=2cos2x.‎ 由2kπ-π≤2x≤2kπ,k∈Z得kπ-≤x≤kπ,k∈Z,‎ 所以函数y=g(x)的单调递增区间为,k∈Z.‎ ‎11.[2016·天津五区县调考]已知函数f(x)=sinxcosx-cos2x+(x∈R).‎ ‎(1)求函数f(x)的单调递增区间;‎ ‎(2)函数f(x)的图象上所有点的横坐标扩大到原来的2倍,再向右平移个单位长度,得到g(x)的图象,求函数y=g(x)在x∈[0,π]上的最大值及最小值.‎ 解 (1)f(x)=sinxcosx-cos2x+=sin2x-cos2x=sin 由2kπ-≤2x-≤2kπ+得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),‎ 所以函数f(x)的单调递增区间为(k∈Z).‎ ‎(2)函数f(x)的图象上所有点的横坐标扩大到原来的2倍,再向右平移个单位,得g(x)=sin,‎ 因为x∈[0,π]得:x-∈,‎ 所以sin∈ 所以当x=0时,g(x)=sin有最小值-,‎ 当x=时,g(x)=sin有最大值1.‎ ‎12.[2016·福建质检]已知函数f(x)=sinxcosx+cos2x.‎ ‎(1)若tanθ=2,求f(θ)的值;‎ ‎(2)若函数y=g(x)的图象是由函数y=f(x)的图象上所有的点向右平移个单位长度而得到,且g(x)在区间(0,m)内是单调函数,求实数m的最大值.‎ 解 (1)因为tanθ=2,‎ 所以f(θ)=sinθcosθ+cos2θ=sinθcosθ+(2cos2θ-1)=sinθcosθ+cos2θ-=-=-=.‎ ‎(2)由已知得 f(x)=sin2x+cos2x=sin.‎ 依题意,得g(x)=sin,‎ 即g(x)=sin.‎ 因为x∈(0,m),所以2x-∈.‎ 又因为g(x)在区间(0,m)内是单调函数,所以2m-≤,即m≤,故实数m的最大值为.‎
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