高中数学第一章三角函数8函数y=Asinωx+φ的图像与性质一学案北师大版必修4

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§8 函数y =A sin(ωx +φ)的图像与性质(一)
学习目标 1.理解y =A sin(ωx +φ)中ω,φ,A 对图像的影响.2.掌握y =sin x 与y =
A sin(ωx +φ)图像间的变换关系,并能正确地指出其变换步骤.
知识点一 φ(φ≠0)对函数y =sin(x +φ),x ∈R 的图像的影响 思考1 如何由y =f (x )的图像变换得到y =f (x +a )的图像? 答案 向左(a >0)或向右(a <0)平移|a |个单位长度.
思考2 如何由y =sin x 的图像变换得到y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π6的图像?
答案 向左平移π
6
个单位长度.
梳理 如图所示,对于函数y =sin(x +φ)(φ≠0)的图像,可以看作是把y =sin x 的图像上所有的点向左(当φ>0时)或向右(当φ<0时)平行移动|φ|个单位长度而得到的.
知识点二 ω(ω>0)对函数y =sin(ωx +φ)的图像的影响
思考1 函数y =sin x ,y =sin 2x 和y =sin 1
2x 的周期分别是什么?
答案 2π,π,4π.
思考2 当三个函数的函数值相同时,它们x 的取值有什么关系?
答案 当三个函数的函数值相同时,y =sin 2x 中x 的取值是y =sin x 中x 取值的1
2,y =sin
1
2
x 中x 的取值是y =sin x 中x 取值的2倍. 思考3 函数y =sin ωx 的图像是否可以通过y =sin x 的图像得到? 答案 可以,只要“伸”或“缩”y =sin x 的图像即可.
梳理 如图所示,函数y =sin(ωx +φ)的图像,可以看作是把y =sin(x +φ)的图像上所有点的横坐标缩短(当ω>1时)或伸长(当0<ω<1时)到原来的1
ω
(纵坐标不变)而得到.
知识点三 A (A >0)对y =A sin(ωx +φ)的图像的影响
思考 对于同一个x ,函数y =2sin x ,y =sin x 和y =1
2sin x 的函数值有何关系?
答案 对于同一个x ,y =2sin x 的函数值是y =sin x 的函数值的2倍,而y =1
2sin x 的函
数值是y =sin x 的函数值的1
2
.
梳理 如图所示,函数y =A sin(ωx +φ)的图像,可以看作是把y =sin(ωx +φ)图像上所有点的纵坐标伸长(当A >1时)或缩短(当0<A <1时)到原来的A 倍(横坐标不变)而得到.
知识点四 函数y =sin x 的图像与y =A sin(ωx +φ)(A >0,ω>0)的图像关系 正弦曲线y =sin x 到函数y =A sin(ωx +φ)的图像的变换过程:
y =sin x 的图像
――――――――――→向左(φ>0)或向右(φ<0)平移|φ|个单位长度
y =sin(x +φ)的图像―――――――――――――→所有点的横坐标变为原来的1
ω倍纵坐标不变y =sin(ωx +φ)的图像―――――――――――――→所有点的纵坐标变为原来的A 倍横坐标不变
y =A sin(ωx +φ)的图像.
1.把函数y =sin 2x 的图像向左平移π4个单位长度,得到函数y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π4的图
像.( × )
提示 得到y =sin 2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π4=sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π2的图像.
2.要得到函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫-x +π3的图像,可把函数y =sin(-x )的图像向左平移π3个单位长度得到.( × )
提示 y =sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤-⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π3,故要得到y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫-x +π3的图像,可把函数y =sin(-x )的图
像向右平移π
3
个单位长度.
3.把函数y =sin x 的图像上所有点的横坐标变为原来的2倍,得到y =sin 2x 的图像.( × )
提示 应得到y =sin 1
2
x 的图像.
4.函数y =cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π3的图像是由函数y =cos x 的图像向右平移π3个单位长度得到
的.( √ )
提示 由平移的规律可知其正确.
类型一 平移变换
例1 函数y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x -π6的图像可以看作是由y =sin x 的图像经过怎样的变换而得到的? 考点 三角函数图像变换 题点 平移变换
解 函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6的图像,可以看作是把曲线y =sin x 上所有的点向右平移π6个单位长度而得到的. 引申探究
1.若将本例中y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6改为y =cos ⎝
⎛⎭⎪⎫x -π6,其它不变,又该怎样变换?
解 y =cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6+π2=sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π3,可以看作是把y =sin x 上所有的点向
左平移π
3
个单位长度得到.
2.若将本例改为:函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6的图像可由y =sin 2x 的图像经过怎样变换得到? 解 y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6=sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π12,可由y =sin 2x 的图像向右平移π12个单位长度得到.
反思与感悟 对平移变换应先观察函数名是否相同,若函数名不同则先化为同名函数.再观察
x 前系数,当x 前系数不为1时,应提取系数确定平移的单位和方向,方向遵循左加右减,
且从ωx →ωx +φ的平移量为⎪⎪⎪⎪
⎪⎪φω个单位长度.
跟踪训练1 要得到y =cos ⎝
⎛⎭⎪⎫2x -π4的图像,只要将y =sin 2x 的图像( )
A.向左平移π
8个单位长度
B.向右平移π
8个单位长度
C.向左平移π
4个单位长度
D.向右平移π
4
个单位长度
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 A
解析 y =sin 2x =cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-2x =cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π2=cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π4=cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝
⎛⎭⎪⎫x -π8-π4.
若设f (x )=sin 2x =cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝
⎛⎭⎪⎫x -π8-π4,
则f ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π8=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π4,所以向左平移π8个单位长度.
类型二 伸缩变换
例2 将函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π3的图像上所有的点的横坐标缩短到原来的12(纵坐标不变)而得到
的函数解析式为 . 考点 三角函数图像变换 题点 伸缩变换 答案 y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π3 反思与感悟 横向伸缩变换,只变ω,φ不发生变化.
跟踪训练2 (2017·合肥高一检测)把y =sin 12x 的图像上各点的横坐标缩短到原来的1
4倍
(纵坐标不变)得到的解析式是 . 考点 三角函数图像的伸缩变换 题点 三角函数图像的伸缩变换 答案 y =sin 2x
类型三 图像变换的综合应用
例3 把函数y =f (x )的图像上的各点向右平移π
6个单位长度,再把横坐标伸长到原来的2
倍,再把纵坐标缩短到原来的23倍,所得图像的解析式是y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫12x +π3,
求f (x )的解析式.
考点 三角函数图像变换 题点 图像变换的综合应用
解 y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫12x +π3――――――――――→纵坐标伸长到原来的3
2倍 y =3sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫12x +π3――――――――――→横坐标缩短到原来的12倍 y =3sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π3―――――――――→向左平移π6个单位长度 y =3sin ⎝
⎛⎭
⎪⎫x +π6+π3=3sin ⎝
⎛⎭
⎪⎫x +π
2
=3cos x . 所以f (x )=3cos x .
反思与感悟 (1)已知变换途径及变换后的函数解析式,求变换前函数图像的解析式,宜采用逆变换的方法.
(2)已知函数f (x )图像的伸缩变换情况,求变换前后图像的解析式.要明确伸缩的方向及量,然后确定出A 或ω即可.
跟踪训练3 将函数y =2sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π3的图像向左平移m (m >0)个单位长度后,所得图像对应的
函数为偶函数,则m 的最小值为( ) A.π12 B.π6 C.π3 D.5π
6 考点 三角函数图像变换 题点 图像变换的综合应用 答案 B
解析 因为函数y =2sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π3的图像向左平移m 个单位长度,所得图像对应的函数为y =
2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π3+m ,所以π3+m =k π+π2,k ∈Z ,即m =k π+π6,k ∈Z .
又m >0,所以m 的最小值为
π
6
,故选B.
1.函数y =cos x 图像上各点的纵坐标不变,把横坐标变为原来的2倍,得到图像的解析式为
y =cos ωx ,则ω的值为( )
A.2
B.12
C.4
D.14
考点 三角函数图像变换 题点 伸缩变换
答案 B
2.要得到y =sin ⎝ ⎛⎭
⎪⎫x 2+π3的图像,只要将函数y =sin x 2的图像( ) A.向左平移π
3个单位长度
B.向右平移π
3个单位长度
C.向左平移2π
3个单位长度
D.向右平移2π
3
个单位长度
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 C
3.为了得到函数y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π3的图像,只需把函数y =sin x 的图像上所有的点( )
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
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 A
解析 由y =sin x 得到y =sin(x ±a )的图像,只需记住“左加右减”的规则即可. 4.将函数y =sin(-2x )的图像向左平移π
4个单位长度,所得函数图像的解析式为 .
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 y =-cos 2x
解析 y =sin(-2x )―――――――→左移π
4个单位长度y =sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤-2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π4,
即y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫-2x -π2=-sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π2=-cos 2x .
5.将函数f (x )=3cos 2x 的图像纵坐标伸长到原来的2倍(横坐标不变),再向左平移π
6

单位长度后得到函数g (x )的图像,则g ⎝ ⎛⎭
⎪⎫π3= . 考点 三角函数图像的综合应用 题点 三角函数图像的综合应用 答案 -2 3
解析 将函数f (x )=3cos 2x 的图像纵坐标伸长到原来的2倍,所得图像对应的解析式为
y =23cos 2x ,
则g (x )=23cos 2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6=23cos ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π3,
故g ⎝ ⎛⎭⎪⎫π3=23cos ⎝
⎛⎭⎪⎫2×π3+π3=-2 3.
1.由y =sin x 的图像,通过变换可得到函数y =A sin(ωx +φ)(A >0,ω>0)的图像,其变化途径有两条:
(1)y =sin x ―――→相位变换y =sin(x +φ)―――→周期变换y =sin(ωx +φ)―――→振幅变换
y =A sin(ωx +φ). (2)y =sin x ―――→周期变换y =sin ωx ―――→相位变换y =sin ⎣⎢⎡⎦
⎥⎤ω⎝ ⎛⎭⎪⎫x +φω=sin(ωx +φ)―――→振幅变换y =
A sin(ωx +φ).
注意:两种途径的变换顺序不同,其中变换的量也有所不同:(1)是先相位变换后周期变换,平移|φ|个单位长度.(2)是先周期变换后相位变换,平移|φ|
ω个单位长度,这是很容易出错
的地方,应特别注意.
2.类似地,y =A cos(ωx +φ)(A >0,ω>0)的图像也可由y =cos x 的图像变换得到.
一、选择题
1.将函数y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6的图像向右平移14个周期后,所得图像对应的函数为( ) A.y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π4 B.y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π3 C.y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π4 D.y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π3
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 D
解析 函数y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6的周期为π,将函数y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π6的图像向右平移14个周期
即π4个单位长度,所得函数为y =2sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝
⎛⎭⎪⎫x -π4+π6=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π3,故选D.
2.若把函数y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π3的图像向右平移m (m >0)个单位长度后,得到y =sin x 的图像,则
m 的最小值为( )
A.π6
B.5π6
C.π3
D.2π
3
考点 三角函数图像的平移变换和伸缩变换 题点 三角函数图像的平移变换 答案 C
解析 依题意,y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -m +π3=sin x ,
∴m -π3=2k π(k ∈Z ),∴m =π
3+2k π(k ∈Z ),
又m >0,∴m 的最小值为π3
.
3.把函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π4的图像向右平移π8个单位长度,所得图像对应的函数是( ) A.非奇非偶函数 B.既是奇函数又是偶函数 C.奇函数
D.偶函数
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 D
解析 y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π4的图像向右平移π8个单位长度得到y =sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π8-π4=
sin ⎝


⎪⎫
2x -
π2=-cos 2x 的图像,y =-cos 2x 是偶函数. 4.给出几种变换:
①横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变; ②横坐标缩小到原来的1
2,纵坐标不变;
③向左平移π
3个单位长度;
④向右平移π
3个单位长度;
⑤向左平移π
6个单位长度;
⑥向右平移π
6
个单位长度.
则由函数y =sin x 的图像得到y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π3的图像,可以实施的方案是( ) A.①→③ B.②→③ C.②→④
D.②→⑤
考点 三角函数图像变换 题点 图像变换的综合应用 答案 D
解析 y =sin x 的图像――→②y =sin 2x 的图像――→⑤y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π3的图像.
5.为了得到函数y =2sin ⎝ ⎛⎭
⎪⎫x 3+π6,x ∈R 的图像,只需把函数y =2sin x ,x ∈R 的图像上所有
的点( )
A.向左平移π6个单位长度,再把所得各点的横坐标缩短到原来的1
3(纵坐标不变)
B.向右平移π6个单位长度,再把所得各点的横坐标缩短到原来的1
3(纵坐标不变)
C.向左平移π
6个单位长度,再把所得各点的横坐标伸长到原来的3倍(纵坐标不变)
D.向右平移π
6个单位长度,再把所得各点的横坐标伸长到原来的3倍(纵坐标不变)
考点 三角函数图像变换 题点 图像变换的综合应用 答案 C
解析 先将y =2sin x ,x ∈R 的图像向左平移π6个单位长度,得到函数y =2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6,
x ∈R
的图像,再把所得图像上各点的横坐标伸长到原来的3倍(纵坐标不变),得到函数y =
2sin ⎝ ⎛⎭
⎪⎫x 3+π6,x ∈R 的图像.
6.为了得到函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6的图像,可以将函数y =cos 2x 的图像( ) A.向右平移π
6个单位长度
B.向右平移π
3个单位长度
C.向左平移π
6个单位长度
D.向左平移π
3
个单位长度
考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案 B
解析 y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6=cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤π2-⎝
⎛⎭⎪⎫2x -π6=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2π3-2x =cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -2π3=cos ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝
⎛⎭⎪⎫x -π3,
故y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π6的图像是由y =cos 2x 的图像向右平移π3个单位长度得到的,故选B.
二、填空题
7.函数y =12sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π4的图像可以看作把函数y =1
2sin 2x 的图像向 平移 个
单位长度得到的.
考点 三角函数图像的平移变换和伸缩变换 题点 三角函数图像的平移变换 答案 右
π
8
8.为得到函数y =cos x 的图像,可以把y =sin x 的图像向右平移φ个单位长度得到,那么φ的最小正值是 . 考点 三角函数图像变换 题点 平移变换 答案

2
解析 y =sin x =cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-x =cos ⎝
⎛⎭⎪⎫x -π2向右平移φ
个单位长度后得到y =
cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -φ-π2,
∴φ+π
2=2k π,k ∈Z ,
∴φ=2k π-π
2,k ∈Z .
∴φ的最小正值是3π
2.
9.某同学给出了以下判断:
①将y =cos x 的图像向右平移π
2
个单位长度,得到y =sin x 的图像;
②将y =sin x 的图像向右平移2个单位长度,可得到y =sin(x +2)的图像;
③将y =sin(-x )的图像向左平移2个单位长度,得到y =sin(-x -2)的图像;
④函数y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π3的图像是由y =sin 2x 的图像向左平移π3个单位长度而得到的. 其中正确的结论是 .(将所有正确结论的序号都填上)
考点 三角函数图像变换
题点 图像变换的综合应用
答案 ①③
10.函数y =sin 2x 的图像向右平移φ(φ>0)个单位长度,得到的图像关于直线x =π6
对称,则φ的最小值为 .
考点 三角函数图像变换
题点 图像变换的综合应用
答案 5π12
解析 平移后解析式为y =sin(2x -2φ),
图像关于x =π6对称,∴2·π6-2φ=k π+π2
(k ∈Z ), ∴φ=-k π2-π12
(k ∈Z ).又∵φ>0, ∴当k =-1时,φ的最小值为5π12
. 三、解答题
11.使函数y =f (x )的图像上的每一点的纵坐标保持不变,横坐标缩短到原来的12
倍,然后再将其图像沿x 轴向左平移π6
个单位长度得到的曲线与y =sin 2x 的图像相同,求f (x )的表达式.
考点 三角函数图像变换
题点 图像变换的综合应用
解 方法一 (正向变换)
y =f (x )――――――→横坐标缩短到原来的12倍y =f (2x )―――――――→沿x 轴向左平移π6个单位长度y =f ⎣⎢⎡⎦
⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6, 即y =f ⎝ ⎛⎭
⎪⎫2x +π3, ∴f ⎝ ⎛⎭
⎪⎫2x +π3=sin 2x .
令2x +π3=t ,则2x =t -π3
, ∴f (t )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫t -π3,即f (x )=sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x -π3. 方法二 (逆向变换)
根据题意,y =sin 2x ―――――――→沿x 轴向右平移π6
个单位长度y =sin 2⎝ ⎛⎭⎪⎫x -π6 =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x -π3――――――――――→横坐标伸长到原来的2倍纵坐标不变y =f (x )=sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x -π3. 12.将函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫13
x -π9的图像经过怎样的变换能得到函数y =sin x 的图像? 考点 三角函数图像变换
题点 三角函数图像变换综合
解 把函数y =sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫13
x -π9的图像上所有的点的横坐标缩短到原来的13倍(纵坐标不变),再把所得各点向左平移π9
个单位长度,就得到y =sin x 的图像. 四、探究与拓展
13.将函数f (x )=sin(ωx +φ)⎝
⎛⎭⎪⎫ω>0,-π2≤φ<π2的图像上每一点的横坐标缩短为原来的一半,纵坐标不变,再向右平移
π6个单位长度得到y =sin x 的图像,则 f ⎝ ⎛⎭
⎪⎫π6= .
答案 22 解析 把函数y =sin x 的图像向左平移π6个单位长度得到y =sin ⎝
⎛⎭⎪⎫x +π6的图像,再把函数y =sin ⎝ ⎛⎭
⎪⎫x +π6图像上每一点的横坐标伸长为原来的2倍,纵坐标不变,得到函数f (x )=sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫12x +π6的图像,所以f ⎝ ⎛⎭
⎪⎫π6=sin π4=22. 14.已知函数f (x )=2sin ωx ,其中常数ω>0.
(1)若y =f (x )在⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π4
,2π3上是增加的,求ω的取值范围; (2)令ω=2,将函数y =f (x )的图像向左平移π6
个单位长度,再向上平移1个单位长度,得到函数y =g (x )的图像,区间[a ,b ](a ,b ∈R 且a <b )满足:y =g (x )在[a ,b ]上至少含有30个零点,在所有满足上述条件的[a ,b ]中,求b -a 的最小值.
考点 三角函数图像变换
题点 图像变换的综合应用
解 (1)因为ω>0,根据题意有⎩⎪⎨⎪⎧ -π4ω≥-π2,2π3ω≤π2,即0<ω≤34
. 所以ω的取值范围为⎝ ⎛⎦
⎥⎤0,34. (2)f (x )=2sin 2x ,
g (x )=2sin ⎣⎢⎡⎦⎥⎤2⎝ ⎛⎭⎪⎫x +π6+1=2sin ⎝ ⎛⎭
⎪⎫2x +π3+1, 由g (x )=0,得sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π3=-12,解得x =k π-π4或x =k π-712π,k ∈Z , 即g (x )的零点相离间隔依次为π3和2π3
, 故若y =g (x )在[a ,b ]上至少含有30个零点,则b -a 的最小值为14×2π3+15×π3=43π3
.。

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