【数学】2018届一轮复习人教A版第3章第4节函数y=Asin(ωx+φ)的图象及三角函数模型的简单应用学案

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【数学】2018届一轮复习人教A版第3章第4节函数y=Asin(ωx+φ)的图象及三角函数模型的简单应用学案

第四节 函数 y=Asin(ωx+φ)的图象 及三角函数模型的简单应用 1.y=Asin (ωx+φ)的有关概念 振幅 周期 频率 相位 初相y=Asin(ωx+φ)(A>0, ω>0,x≥0),表示一个 振动量时 A T=2π ω f=1 T = ω 2π ωx+φ φ 2.用五点法画 y=Asin(ωx+φ)一个周期内的简图时,要找五个关键点,如下 表所示 x -φ ω π 2 -φ ω π-φ ω 3 2π-φ ω 2π-φ ω ωx+φ 0 π 2 π 3π 2 2π y=Asin(ωx+φ) 0 A 0 -A 0 3.由 y=sin x 的图象变换得到 y=Asin(ωx+φ)(其中 A>0,ω>0)的图象 先平移后伸缩        先伸缩后平移 ⇓            ⇓ 1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)利用图象变换作图时“先平移,后伸缩”与“先伸缩,后平移”中平移 的单位长度一致.(  ) (2) 将 y = 3sin 2x 的 图 象 左 移 π 4 个 单 位 后 所 得 图 象 的 解 析 式 是 y = 3sin(2x+π 4).(  ) (3)函数 f(x)=Asin(ωx+φ)的图象的两个相邻对称轴间的距离为一个周 期.(  ) (4)函数 y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为 T,那么函数图象的两个相邻对称中 心之间的距离为T 2.(  ) [答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ 2.为了得到函数 y=sin (x+π 3)的图象,只需把函数 y=sin x 的图象上所有 的点(  ) A.向左平行移动π 3 个单位长度 B.向右平行移动π 3 个单位长度 C.向上平行移动π 3 个单位长度 D.向下平行移动π 3 个单位长度 A [把函数 y=sin x 的图象上所有的点向左平行移动π 3 个单位长度就得到函 数 y=sin (x+π 3)的图象.] 3.若函数 y=sin(ωx+φ)(ω>0)的部分图象 3­4­1 如图,则 ω=(  ) 图 3­4­1 A.5     B.4     C.3     D.2 B [由图象可知,T 2 =x0+π 4 -x0=π 4 , 所以 T=π 2 =2π ω ,所以 ω=4.] 4.将函数 y=sin(2x+φ)的图象沿 x 轴向左平移π 8 个单位后,得到一个偶函数 的图象,则 φ 的一个可能取值为(  ) A.3π 4      B.π 4      C.0     D.-π 4 B [把函数 y=sin(2x+φ)沿 x 轴向左平移 π 8 个单位后得到函数 y=sin 2 (x+φ 2 +π 8)=sin (2x+φ+π 4)为偶函数,则 φ 的一个可能取值是π 4.] 5.(教材改编)电流 I(单位:A)随时间 t(单位:s)变化的函数关系式是 I=5sin (100πt+π 3),t∈[0,+∞),则电流 I 变化的初相、周期分别是________. 【导学号:51062109】 π 3 , 1 50  [由初相和周期的定义,得电流 I 变化的初相是π 3 ,周期 T= 2π 100π = 1 50.] 函数 y=Asin(ωx+φ)的图象及变换  已知函数 f(x)=3sin(1 2x-π 4),x∈R. (1)画出函数 f(x)在一个周期的闭区间上的简图; (2)将函数 y=sin x 的图象作怎样的变换可得到 f(x)的图象? [解] (1)列表取值: x π 2 3 2π 5 2π 7 2π 9 2π 1 2x-π 4 0 π 2 π 3 2π 2π f(x) 0 3 0 -3 0 描出五个关键点并用光滑曲线连接,得到一个周期的简图.8 分 (2)先把 y=sin x 的图象向右平移π 4 个单位,然后把所有点的横坐标扩大为原 来的 2 倍,再把所有点的纵坐标扩大为原来的 3 倍,得到 f(x)的图象.15 分 [规律方法] 1.变换法作图象的关键是看 x 轴上是先平移后伸缩还是先伸缩 后平移,对于后者可利用 ωx+φ=ω (x+φ ω)确定平移单位. 2.用“五点法”作图,关键是通过变量代换,设 z=ωx+φ,由 z 取 0,π 2 , π,3 2π,2π 来求出相应的 x,通过列表,描点得出图象.如果在限定的区间内作 图象,还应注意端点的确定. [变式训练 1] (1)(2016·全国卷Ⅰ)将函数 y=2sin (2x+π 6)的图象向右平移1 4 个周期后,所得图象对应的函数为(  ) A.y=2sin(2x+π 4) B.y=2sin(2x+π 3) C.y=2sin(2x-π 4) D.y=2sin(2x-π 3) (2)函数 y=sin x- 3cos x 的图象可由函数 y=2sin x 的图象至少向右平移 ________个单位长度得到. 【导学号:51062110】 (1)D (2)π 3  [(1)函数 y=2sin (2x+π 6)的周期为 π,将函数 y=2sin (2x+π 6)的 图 象 向 右 平 移1 4 个 周 期 即π 4 个 单 位 长 度 , 所 得 图 象 对 应 的 函 数 为 y = 2sin [2(x-π 4)+π 6]=2sin(2x-π 3),故选 D. (2)∵y=sin x- 3cos x=2sin(x-π 3),∴函数 y=sin x- 3cos x 的图象可由函 数 y=2sin x 的图象向右平移π 3 个单位长度得到.] 求函数 y=Asin(ωx+φ)的解析式  (1)函数 y=Asin(ωx+φ)的部分图象如图 3­4­2 所示,则(  ) 图 3­4­2 A.y=2sin(2x-π 6) B.y=2sin(2x-π 3) C.y=2sin(x+π 6) D.y=2sin(x+π 3) (2)已知函数 y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的最大值为 4,最小值为 0,最 小正周期为π 2 ,直线 x=π 3 是其图象的一条对称轴,则下面各式中符合条件的解析 式为(  ) A.y=4sin(4x+π 6) B.y=2sin(2x+π 3)+2 C.y=2sin(4x+π 3)+2 D.y=2sin(4x+π 6)+2 (1)A (2)D [(1)由图象知T 2 =π 3 -(-π 6 )=π 2 ,故 T=π,因此 ω=2π π =2.又图 象的一个最高点坐标为(π 3 ,2),所以 A=2,且 2×π 3 +φ=2kπ+π 2(k∈Z),故 φ=2kπ -π 6(k∈Z),结合选项可知 y=2sin(2x-π 6).故选 A. (2)由函数 y=Asin(ωx+φ)+b 的最大值为 4,最小值为 0,可知 b=2,A= 2.由函数的最小正周期为π 2 ,可知2π ω =π 2 ,得 ω=4.由直线 x=π 3 是其图象的一条对 称轴,可知 4×π 3 +φ=kπ+π 2 ,k∈Z,从而 φ=kπ-5π 6 ,k∈Z,故满足题意的是 y =2sin(4x+π 6)+2.] [规律方法] 确定 y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的步骤和方法 (1)求 A,b:确定函数的最大值 M 和最小值 m,则 A=M-m 2 ,b=M+m 2 ; (2)求 ω:确定函数的周期 T,则可得 ω=2π T ; (3)求 φ:常用的方法有: ①代入法:把图象上的一个已知点代入(此时 A,ω,b 已知)或代入图象与直 线 y=b 的交点求解(此时要注意交点在上升区间上还是在下降区间上). ②五点法:确定 φ 值时,往往以寻找“五点法”中的某一个点为突破口.“第 一点”(即图象上升时与 x 轴的交点)时 ωx+φ=0;“第二点”(即图象的“峰点”) 时 ωx+φ=π 2 ;“第三点”(即图象下降时与 x 轴的交点)时 ωx+φ=π;“第四 点”(即图象的“谷点”)时 ωx+φ=3π 2 ;“第五点”时 ωx+φ=2π. [变式训练 2] (2017·浙江名校(镇海中学)交流卷一)函数 f(x)=Asin(ωx+φ) (A > 0,ω > 0,|φ| < π 2)的 部 分 图 象 如 图 3­4­3 所 示 , 则 A = ________ , ω = ________,φ=________. 图 3­4­3 1 3 π 4  [显然 A=1;周期 T=4(5π 12 -π 4)=2π 3 ,则 ω=2π T =3; 由 sin(3 × 5π 12 +φ)=-1 和|φ|<π 2 ,得 φ=π 4.] 函数 y=Asin(ωx+φ)图象与性质的 应用  已知函数 f(x)=4tan xsin(π 2 -x)·cos(x-π 3)- 3. (1)求 f(x)的定义域与最小正周期; (2)讨论 f(x)在区间[-π 4 ,π 4]上的单调性. [解] (1)f(x)的定义域为Error!.2 分 f(x)=4tan xcos xcos(x-π 3)- 3 =4sin xcos(x-π 3)- 3 =4sin x(1 2cos x+ 3 2 sin x)- 3 =2sin xcos x+2 3sin2x- 3 =sin 2x+ 3(1-cos 2x)- 3 =sin 2x- 3cos 2x=2sin(2x-π 3). 所以 f(x)的最小正周期 T=2π 2 =π.7 分 (2)令 z=2x-π 3 ,则函数 y=2sin z 的单调递增区间是[-π 2 +2kπ,π 2 +2kπ],k∈ Z. 由-π 2 +2kπ≤2x-π 3 ≤π 2 +2kπ, 得- π 12 +kπ≤x≤5π 12 +kπ,k∈Z.12 分 设 A=[-π 4 ,π 4],B=xError!k∈Z,易知 A∩B=[- π 12 ,π 4]. 所以当 x∈[-π 4 ,π 4]时,f(x)在区间[- π 12 ,π 4]上单调递增,在区间[-π 4 ,- π 12] 上单调递减.15 分 [规律方法] 讨论函数的单调性,研究函数的周期性、奇偶性与对称性,都 必须首先利用辅助角公式,将函数化成一个角的一种三角函数. [变式训练 3] 设函数 f(x)= 3 2 - 3sin2ωx-sin ωxcos ωx(ω>0),且 y=f(x) 图象的一个对称中心到最近的对称轴的距离为π 4. (1)求 ω 的值; (2)求 f(x)在区间[π,3π 2 ]上的最大值和最小值. [解] (1)f(x)= 3 2 - 3sin2ωx-sin ωxcos ωx = 3 2 - 3·1-cos 2ωx 2 -1 2sin 2ωx = 3 2 cos 2ωx-1 2sin 2ωx=-sin(2ωx-π 3).4 分 因为图象的一个对称中心到最近的对称轴的距离为π 4 ,又 ω>0,所以 2π 2ω = 4×π 4 ,因此 ω=1.7 分 (2)由(1)知 f(x)=-sin(2x-π 3).9 分 当 π≤x≤3π 2 时,5π 3 ≤2x-π 3 ≤8π 3 , 所以- 3 2 ≤sin(2x-π 3)≤1,则-1≤f(x)≤ 3 2 .13 分 故 f(x)在区间[π,3π 2 ]上的最大值和最小值分别为 3 2 ,-1.15 分 三角函数模型的简单应用  某实验室一天的温度(单位:℃)随时间 t(单位:h)的变化近似满足函 数关系:f(t)=10- 3cos π 12t-sin π 12t,t∈[0,24). (1)求实验室这一天的最大温差; (2)若要求实验室温度不高于 11 ℃,则在哪段时间实验室需要降温? [解] (1)因为 f(t)=10-2( 3 2 cos π 12t+1 2sin π 12t) =10-2sin( π 12t+π 3),2 分 又 0≤t<24, 所以π 3 ≤ π 12t+π 3 <7π 3 ,-1≤sin( π 12t+π 3)≤1.4 分 当 t=2 时,sin( π 12t+π 3)=1; 当 t=14 时,sin( π 12t+π 3)=-1. 于是 f(t)在[0,24)上取得最大值 12,取得最小值 8. 故实验室这一天最高温度为 12 ℃,最低温度为 8 ℃,最大温差为 4 ℃.7 分 (2)依题意,当 f(t)>11 时实验室需要降温. 由(1)得 f(t)=10-2sin( π 12t+π 3), 故有 10-2sin( π 12t+π 3)>11, 即 sin( π 12t+π 3)<-1 2.12 分 又 0≤t<24,因此7π 6 < π 12t+π 3 <11π 6 ,即 10<t<18. 故在 10 时至 18 时实验室需要降温.15 分 [规律方法] 1.三角函数模型在实际中的应用体现在两个方面:一是用已知 的模型去分析解决实际问题,二是把实际问题抽象转化成数学问题,建立三角函 数模型解决问题,其关键是合理建模. 2.建模的方法是认真审题,把问题提供的“条件”逐条地“翻译”成“数 学语言”,这个过程就是数学建模的过程. [变式训练 4] 如图 3­4­4,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(π 6x+φ)+k.据此函数可知,这段时间水深(单位:m)的最大值为 (  ) 图 3­4­4 A.5    B.6    C.8    D.10 C [根据图象得函数的最小值为 2,有-3+k=2,k=5,最大值为 3+k= 8.] [思想与方法] 1.由图象确定函数解析式 由图象确定 y=Asin(ωx+φ)时,φ 的确定是关键,尽量选择图象的最值点代 入;若选零点代入,应根据图象升降确定“五点法”作图中的第几个零点. 2.对称问题 函数 y=Asin(ωx+φ)的图象与 x 轴的每一个交点均为其对称中心,经过该图 象上坐标为(x,±A)的点与 x 轴垂直的每一条直线均为其图象的对称轴,这样的 最近两点间横坐标的差的绝对值是半个周期(或两个相邻对称中心的距离). [易错与防范] 1.要弄清楚是平移哪个函数的图象,得到哪个函数的图象. 2.要注意平移前后两个函数的名称是否一致,若不一致,应先利用诱导公 式化为同名函数. 3.由 y=sin x 的图象变换到 y=Asin(ωx+φ)的图象,先相位变换再周期变 换(伸缩变换),平移的量是|φ|个单位;而先周期变换(伸缩变换)再相位变换,平 移的量是|φ| ω(ω>0)个单位.原因是相位变换和周期变换都是针对 x 而言的. 4.函数 y=Asin(ωx+φ)在 x∈[m,n]上的最值可先求 t=ωx+φ 的范围,再 结合图象得出 y=Asin t 的值域. 课时分层训练(十八) 函数 y=Asin(ωx+φ) 的图象及三角函数模型的简单应用 A 组 基础达标 (建议用时:30 分钟) 一、选择题 1.为了得到函数 y=sin 3x+cos 3x 的图象,可以将函数 y= 2cos 3x 的图象 (  ) A.向右平移 π 12 个单位    B.向右平移π 4 个单位 C.向左平移 π 12 个单位 D.向左平移π 4 个单位 A [由于 y=sin 3x+cos 3x= 2sin(3x+π 4),y= 2cos 3x= 2sin(3x+π 2),因 此 只 需 将 y = 2cos 3x 的 图 象 向 右 平 移 π 12 个 单 位 , 即 可 得 到 y = 2sin [3(x- π 12)+π 2]= 2sin (3x+π 4)的图象.] 2.(2017·浙江测试卷)为得到函数 y=2sin (2x+π 4)的图象,只需将函数 y= 2cos 2x 的图象(  ) 【导学号:51062111】 A.向左平移π 4 个单位 B.向右平移π 4 个单位 C.向左平移π 8 个单位 D.向右平移π 8 个单位 D [将函数 y=2cos 2x 的图象向右平移π 8 个单位,可得函数 y=2cos 2(x-π 8) =2cos(2x-π 4)=2sin (2x+π 4)的图象.] 3.函数 f(x)=2sin(ωx+φ)(ω>0,-π 2 <φ<π 2)的部分图象如图 3­4­5 所示, 则 ω,φ 的值分别是(  ) 图 3­4­5 A.2,-π 3 B.2,-π 6 C.4,-π 6 D.4,π 3 A [∵T 2 =11 12π- 5 12π,∴T=π.由 T=2π ω =π,得 ω=2.∵5π 12 ×2+φ=π 2 +2kπ, k∈Z,∴φ=-π 3 +2kπ.又∵φ∈(-π 2 ,π 2),∴φ=-π 3.] 4.已知函数 f(x)= 3sin ωx+cos ωx(ω>0),y=f(x)的图象与直线 y=2 的两 个相邻交点的距离等于 π,则 f(x)的单调递增区间是(  ) A.[kπ- π 12 ,kπ+5π 12],k∈Z B.[kπ+5π 12 ,kπ+11π 12 ],k∈Z C.[kπ-π 3 ,kπ+π 6],k∈Z D.[kπ+π 6 ,kπ+2π 3 ],k∈Z C [由题设知 f(x)=2sin(ωx+π 6),f(x)的周期为 T=π,所以 ω=2, 由 2kπ-π 2 ≤2x+π 6 ≤2kπ+π 2 ,k∈Z 得,kπ-π 3 ≤x≤kπ+π 6 ,k∈Z.] 5.若将函数 y=2sin 2x 的图象向左平移 π 12 个单位长度,则平移后图象的对 称轴为(  ) A.x=kπ 2 -π 6(k∈Z) B.x=kπ 2 +π 6(k∈Z) C.x=kπ 2 - π 12(k∈Z) D.x=kπ 2 + π 12(k∈Z) B [将函数 y=2sin 2x 的图象向左平移 π 12 个单位长度,得到函数 y=2sin2 (x+ π 12)=2sin (2x+π 6)的图象.由 2x+π 6 =kπ+π 2(k∈Z),得 x=kπ 2 +π 6(k∈Z),即平 移后图象的对称轴为 x=kπ 2 +π 6(k∈Z).] 二、填空题 6 . 若 函 数 f(x) = 3sin(ωx-π 3)(ω > 0) 的 最 小 正 周 期 为π 2 , 则 f(π 3 )= ________. 0 [由 f(x)= 3sin(ωx-π 3)(ω>0)的最小正周期为π 2 ,得 ω=4,所以 f(π 3 )= 3sin(4 × π 3 -π 3)=0.] 7.已知函数 y=cos x 与 y=sin(2x+φ)(0≤φ<π),它们的图象有一个横坐标 为π 3 的交点,则 φ 的值是________. π 6  [由题意 cos π 3 =sin(2 × π 3 +φ), 即 sin(2π 3 +φ)=1 2 ,2π 3 +φ=kπ+(-1)k·π 6(k∈Z).因为 0≤φ<π,所以 φ=π 6.] 8.某城市一年中 12 个月的平均气温与月份的关系可近似地用三角函数 y= a+Acos[π 6 (x-6)](x=1,2,3,…,12)来表示,已知 6 月份的月平均气温最高,为 28 ℃,12 月份的月平均气温最低,为 18 ℃,则 10 月份的平均气温值为________ ℃. 【导学号:51062112】 20.5 [依题意知,a=28+18 2 =23,A=28-18 2 =5, ∴y=23+5cos[π 6 (x-6)], 当 x=10 时, y=23+5cos(π 6 × 4)=20.5.] 三、解答题 9.已知函数 f(x)= 2sin(2x-π 4)+1. (1)求它的振幅、最小正周期、初相; (2)画出函数 y=f(x)在[-π 2 ,π 2]上的图象. [解] (1)振幅为 2,最小正周期 T=π,初相为-π 4.6 分 (2)图象如图所示. 15 分 10.已知函数 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象过点 P( π 12 ,0),图象上与 点 P 最近的一个最高点是 Q(π 3 ,5). (1)求函数的解析式; (2)求函数 f(x)的递增区间. 【导学号:51062113】 [解] (1)依题意得 A=5,周期 T=4(π 3 - π 12)=π,2 分 ∴ω=2π π =2.故 y=5sin(2x+φ),又图象过点 P( π 12 ,0),4 分 ∴5sin(π 6 +φ)=0,由已知可得π 6 +φ=0,∴φ=-π 6 , ∴y=5sin(2x-π 6).7 分 (2)由-π 2 +2kπ≤2x-π 6 ≤π 2 +2kπ,k∈Z, 得-π 6 +kπ≤x≤π 3 +kπ,k∈Z,10 分 故函数 f(x)的递增区间为[kπ-π 6 ,kπ+π 3](k∈Z).15 分 B 组 能力提升 (建议用时:15 分钟) 1.将函数 y=sin (2x-π 3)图象上的点 P (π 4 ,t )向左平移 s(s>0)个单位长度得 到点 P′.若 P′位于函数 y=sin 2x 的图象上,则(  ) A.t=1 2 ,s 的最小值为π 6 B.t= 3 2 ,s 的最小值为π 6 C.t=1 2 ,s 的最小值为π 3 D.t= 3 2 ,s 的最小值为π 3 A [因为点 P (π 4 ,t )在函数 y=sin (2x-π 3)的图象上,所以 t=sin(2 × π 4 -π 3) =sinπ 6 =1 2.所以 P(π 4 ,1 2).将点 P 向左平移 s(s>0)个单位长度得 P′(π 4 -s,1 2). 因为 P′在函数 y=sin 2x 的图象上,所以 sin 2(π 4 -s )=1 2 ,即 cos 2s=1 2 ,所 以 2s=2kπ+π 3 或 2s=2kπ+5 3π,即 s=kπ+π 6 或 s=kπ+5π 6 (k∈Z),所以 s 的最小值 为π 6.] 2.若函数 y=cos 2x+ 3sin 2x+a 在[0,π 2]上有两个不同的零点,则实数 a 的取值范围为________. (-2,-1] [由题意可知 y=2sin(2x+π 6)+a,该函数在[0,π 2]上有两个不同 的零点,即 y=-a,y=2sin (2x+π 6)在[0,π 2]上有两个不同的交点. 结合函数的图象可知 1≤-a<2,所以-2<a≤-1.] 3.函数 f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π 2)的部分图象如图 3­4­6 所 示. 图 3­4­6 (1)求 f(x)的解析式; (2)设 g(x)=[f(x- π 12)]2, 求函数 g(x)在 x∈[-π 6 ,π 3]上的最大值,并确定此时 x 的值. [解] (1)由题图知 A=2,T 4 =π 3 ,则2π ω =4×π 3 ,2 分 ∴ω=3 2. 又 f(-π 6 )=2sin[3 2 × (-π 6 )+φ] =2sin(-π 4 +φ)=0, ∴sin(φ-π 4)=0.4 分 ∵0<φ<π 2 , ∴-π 4 <φ-π 4 <π 4 , ∴φ-π 4 =0,即 φ=π 4 , ∴f(x)的解析式为 f(x)=2sin(3 2x+π 4).7 分 (2)由(1)可得 f(x- π 12)=2sin[3 2(x- π 12)+π 4] =2sin(3 2x+π 8),10 分 ∴g(x)=[f(x- π 12)]2=4× 1-cos(3x+π 4) 2 =2-2cos(3x+π 4).12 分 ∵x∈[-π 6 ,π 3],∴-π 4 ≤3x+π 4 ≤5π 4 , ∴当 3x+π 4 =π,即 x=π 4 时,g(x)max=4.15 分
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