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第三節(jié) 三角函數(shù)的圖象與性質(zhì)
考點一
三角函數(shù)的定義域和值域
[例1] (1)求函數(shù)y=lg(sin 2x)+的定義域;
(2)求函數(shù)y=cos2x+sin x的最大值與最小值.
[自主解答] (1)由
得
∴-3≤x<-或0<x<.
∴函數(shù)y=lg(sin 2x)+的定義域為
.
(2)令t=sin x,∵|x|≤,
∴t∈.
∴y=-t2+t+1=-2+,
∴當t=時,ymax=,t=-時,ymin=.
∴函數(shù)y=cos2x+sin x的最大值為,最小值為.
【方法規(guī)律】
1.三角函數(shù)定
2、義域的求法
求三角函數(shù)的定義域?qū)嶋H上是解簡單的三角不等式,常借助三角函數(shù)線或三角函數(shù)圖象來求解.
2.三角函數(shù)值域(或最值)的求法
求解三角函數(shù)的值域(或最值)常見到以下幾種類型的題目:①形如y=asin x+bcos x+c的三角函數(shù)化為y=Asin(ωx+φ)+k的形式,再求值域(或最值);②形如y=asin2x+bsin x+c的三角函數(shù),可先設(shè)sin x=t,化為關(guān)于t的二次函數(shù)求值域(或最值);③形如y=asin xcos x+b(sin xcos x)+c的三角函數(shù),可先設(shè)t=sin xcos x,化為關(guān)于t的二次函數(shù)求值域(或最值).
(2013陜西高考)已知向量
3、a=,b=(sin x,cos 2x),x∈R,設(shè)函數(shù)f(x)=ab.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)求f(x)在上的最大值和最小值.
解:f(x)=(sin x,cos 2x)
=cos xsin x-cos 2x
=sin 2x-cos 2x
=cossin 2x-sincos 2x
=sin.
(1)f(x)的最小正周期為T===π,
即函數(shù)f(x)的最小正周期為π.
(2)∵0≤x≤,∴-≤2x-≤.
由正弦函數(shù)的性質(zhì),
當2x-=,即x=時,f(x)取得最大值1.[來源:]
當2x-=-,即x=0時,f(0)=-,
當2x-=,即x=時,f=,
4、
故f(x)的最小值為-.
因此,f(x)在上的最大值為1,最小值為-.
考點二
三角函數(shù)的奇偶性、周期性和對稱性
[例2] (1)(2013浙江高考)已知函數(shù)f(x)=Acos(ωx+φ)(A>0,ω>0,φ∈R),則“f(x)是奇函數(shù)”是“φ=”的( )
A.充分不必要條件 B.必要不充分條件
C.充分必要條件 D.既不充分也不必要條件
(2)(2012福建高考)函數(shù)f(x)=sin的圖象的一條對稱軸是( )
A.x= B.x=
C.x=- D.x=-
(3)(2
5、013江西高考)函數(shù)y=sin 2x+2sin2x的最小正周期T為________.
[自主解答] (1)f(x)是奇函數(shù)時,φ=+kπ(k∈Z);φ=時,f(x)=Acos=-Asin ωx,為奇函數(shù).所以“f(x)是奇函數(shù)”是“φ=”的必要不充分條件.
(2)法一:(圖象特征)∵正弦函數(shù)圖象的對稱軸過圖象的最高點或最低點,[來源:數(shù)理化網(wǎng)]
故令x-=kπ+,k∈Z,則x=kπ+,k∈Z.取k=-1,則x=-.
法二:(驗證法)x=時,y=sin=0,不合題意,排除A;x=時,y=sin=,不合題意,排除B;x=-時,y=sin=-,不合題意,排除D;而x=-時,y=sin=-1,
6、符合題意,C項正確,故選C.
(3)∵y=sin 2x+(1-cos 2x)=2sin+,[來源:]
∴最小正周期T==π.
[答案] (1)B (2)C (3)π
【互動探究】
本例(2)中函數(shù)f(x)的對稱中心是什么?
解:令x-=kπ,k∈Z,則x=+kπ,k∈Z.
故函數(shù)f(x)=sin的對稱中心為(k∈Z).
【方法規(guī)律】[來源:]
函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ)的奇偶性、周期性和對稱性
(1)若f(x)=Asin(ωx+φ)為偶函數(shù),則當x=0時,f(x)取得最大或最小值;若f(x)=Asin(ωx+φ)為奇函數(shù),則當x=0時,f(x)=0.
7、(2)對于函數(shù)y=Asin(ωx+φ),其對稱軸一定經(jīng)過圖象的最高點或最低點,對稱中心一定是函數(shù)的零點,因此在判斷直線x=x0或點(x0,0)是否是函數(shù)的對稱軸或?qū)ΨQ中心時,可通過檢驗f(x0)的值進行判斷.
1.函數(shù)y=2sin(3x+φ)的一條對稱軸為x=,則φ=________.
解析:由y=sin x的對稱軸為x=kπ+(k∈Z),即3+φ=kπ+(k∈Z),得φ=kπ+(k∈Z).
又|φ|<,所以k=0,故φ=.
答案:
2.函數(shù)y=cos(3x+φ)的圖象關(guān)于原點成中心對稱圖形,則φ=________.
解析:由題意,得y=cos(3x+φ)是奇函數(shù),故φ
8、=kπ+(k∈Z).
答案:kπ+(k∈Z)
高頻考點
考點三 三角函數(shù)的單調(diào)性
[來源:]
1.三角函數(shù)的單調(diào)性是每年高考命題的熱點,題型既有選擇題也有填空題,難度適中,為中低檔題.
2.高考對三角函數(shù)單調(diào)性的考查有以下幾個命題角度:
(1)求已知三角函數(shù)的單調(diào)區(qū)間;
(2)已知三角函數(shù)的單調(diào)區(qū)間求參數(shù);
(3)利用三角函數(shù)的單調(diào)性求值域(或最值).
[例3] (1)(2012新課標全國卷)已知ω>0,函數(shù)f(x)=sin在上單調(diào)遞減,則ω的取值范圍是( )
A. B.
C. D.(0,2]
(2)(
9、2013安徽高考)已知函數(shù)f(x)=4cos ωxsin(ω>0)的最小正周期為π.
①求ω的值;
②討論f(x)在區(qū)間上的單調(diào)性.
[自主解答] (1)由<x<π,得ω+<ωx+<πω+,由題意知?(k∈Z)且≥2,
則且0<ω≤2,
故≤ω≤.
(2)①f(x)=4cos ωxsin=2sin ωxcos ωx+2cos2ωx=(sin 2ωx+cos 2ωx)+=2sin+.
因為f(x)的最小正周期為π,且ω>0,
從而有=π,故ω=1.
②由①知,f(x)=2sin+.若0≤x≤,則≤2x+≤.
當≤2x+≤,即0≤x≤時,f(x)單調(diào)遞增;
當≤2x+≤,即≤
10、x≤時,f(x)單調(diào)遞減.
綜上可知,f(x)在區(qū)間上單調(diào)遞增,在區(qū)間上單調(diào)遞減.
[答案] (1)A
三角函數(shù)單調(diào)性問題的常見類型及解題策略
(1)已知三角函數(shù)解析式求單調(diào)區(qū)間.①求函數(shù)的單調(diào)區(qū)間應(yīng)遵循簡單化原則,將解析式先化簡,并注意復(fù)合函數(shù)單調(diào)性規(guī)律“同增異減”;②求形如y=Asin(ωx+φ)或y=Acos(ωx+φ)(其中,ω>0)的單調(diào)區(qū)間時,要視“ωx+φ”為一個整體,通過解不等式求解.但如果ω<0,那么一定先借助誘導公式將ω化為正數(shù),防止把單調(diào)性弄錯.
(2)已知三角函數(shù)的單調(diào)區(qū)間求參數(shù).先求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間,然后利用集合間的關(guān)系求解.
(3)利用三角函數(shù)的單調(diào)
11、性求值域(或最值).形如y=Asin(ωx+φ)+b或可化為y=Asin(ωx+φ)+b的三角函數(shù)的值域(或最值)問題常利用三角函數(shù)的單調(diào)性解決.
1.若函數(shù)f(x)=sin ωx(ω>0)在區(qū)間上單調(diào)遞增,在區(qū)間上單調(diào)遞減,則ω等于( )
A.3 B.2 C. D.
解析:選C ∵y=sin ωx(ω>0)過原點,
∴當0≤ωx≤,即0≤x≤時,y=sin ωx是增函數(shù);
當≤ωx≤,即≤x≤時,y=sin ωx是減函數(shù).
由y=sin ωx(ω>0)在上單調(diào)遞增,
在上單調(diào)遞減知,=,故ω=.
2.求函數(shù)y=tan的單調(diào)區(qū)間.
解
12、:把函數(shù)y=tan變?yōu)閥=-tan.
由kπ-<2x-
13、方法
(1)利用sin x、cos x的有界性.
(2)形式復(fù)雜的函數(shù)應(yīng)化為y=Asin(ωx+φ)+k的形式,逐步分析ωx+φ的范圍,根據(jù)正弦函數(shù)單調(diào)性寫出函數(shù)的值域(或最值).
(3)換元法:把sin x或cos x看作一個整體,可化為求函數(shù)在區(qū)間上的值域(或最值)問題.
4個注意點——研究三角函數(shù)性質(zhì)應(yīng)注意的問題
(1)三角函數(shù)的圖象從形上完全反映了三角函數(shù)的性質(zhì),求三角函數(shù)的定義域、值域時應(yīng)注意利用三角函數(shù)的圖象.
(2)閉區(qū)間上值域(或最值)問題,首先要在定義域基礎(chǔ)上分析單調(diào)性,含參數(shù)的值域(或最值)問題,要討論參數(shù)對值域(或最值)的影響.
(3)利用換元法求復(fù)合函數(shù)的單調(diào)性時,要注意x系數(shù)的正負.
(4)利用換元法求三角函數(shù)值域(或最值)時要注意三角函數(shù)的有界性,如:y=sin2x-4sin x+5,令t=sin x,則y=(t-2)2+1≥1,解法錯誤.
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