高考数学大一轮复习 第四章 三角函数、解三角形 4.4 函数y=Asin(ωx+φ)的图像及应用试题
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2018版高考数学大一轮复习第四章三角函数、解三角形4.4 函数y=Asin(ωx+φ)的图像及应用试题理北师大版
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第四章三角函数、解三角形 4。
4 函数y=Asin(ωx+φ)的图像及应用
试题理北师大版
1.y=A sin(ωx+φ)的有关概念
y
=A sin(ωx
+φ)(A〉0,ω〉0),
x∈R 振幅周期频率相位初相A
T=
错误!
f=错误!
=错误!
ωx+
φ
φ
2.用五点法画y=A sin(ωx+φ)一个周期内的简图时,要找五个特征点
如下表所示:
x错误!错误!错误!错误!错误!
ωx+φ0错误!π错误!2π
y=A sin(ωx+
φ)
0A0-A0
3.函数y=sin x的图像经变换得到y=A sin(ωx+φ) (A>0,ω>0)的图像的步骤如下:
【知识拓展】
1.由y=sin ωx到y=sin(ωx+φ)(ω>0,φ>0)的变换:向左平移错误!个单位长度而非φ个单位长度.
2.函数y=A sin(ωx+φ)的对称轴由ωx+φ=kπ+错误!,k∈Z确定;对称中心由ωx+φ=kπ,k∈Z确定其横坐标.
【思考辨析】
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)y=sin错误!的图像是由y=sin错误!的图像向右平移错误!个单位得到的.( √)
(2)将函数y=sin ωx的图像向右平移φ(φ〉0)个单位长度,得到函数y=sin(ωx-φ)的图像.(×)
(3)利用图像变换作图时“先平移,后伸缩"与“先伸缩,后平移”中平移的长度一致.( ×)(4)函数y=A sin(ωx+φ)的最小正周期为T=错误!.( ×)
(5)把y=sin x的图像上各点纵坐标不变,横坐标缩短为原来的错误!,所得图像对应的函数解析式为y=sin 错误!x。
(×)
(6)若函数y=A cos(ωx+φ)的最小正周期为T,则函数图像的两个相邻对称中心之间的距离为错误!.(√)
1.(教材改编)y=2sin(错误!x-错误!)的振幅,频率和初相分别为()
A.2,4π,错误!B.2,错误!,错误!
C.2,错误!,-错误!D.2,4π,-错误!
答案C
解析由题意知A=2,f=错误!=错误!=错误!,初相为-错误!.
2.(2015·山东)要得到函数y=sin错误!的图像,只需将函数y=sin 4x的图像()
A.向左平移错误!个单位B.向右平移错误!个单位
C.向左平移错误!个单位D.向右平移错误!个单位
答案B
解析∵y=sin错误!=sin错误!,
∴要得到y=sin错误!的图像,只需将函数y=sin 4x的图像向右平移错误!个单位.
3.(2016·青岛模拟)将函数y=sin x的图像上所有的点向右平行移动π
10
个单位长度,再把所
得各点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),所得图像的函数解析式是( ) A.y=sin(2x-错误!) B.y=sin(2x-错误!)
C.y=sin(错误!x-错误!) D.y=sin(错误!x-错误!)答案C
解析y=sin x
π
10
−−−−−→
右移个单位
y=sin(x-错误!)错误!y=sin(错误!x-错误!).
4.(2016·临沂模拟)已知函数f(x)=A cos(ωx+θ)的图像如图所示,f(错误!)=-错误!,则f(-错误!)=________。
答案-错误!
解析由题图知,函数f(x)的周期
T=2(错误!-错误!)=错误!,
所以f(-错误!)=f(-错误!+错误!)=f(错误!)=-错误!.
5.若将函数f(x)=sin(2x+错误!)的图像向右平移φ个单位,所得图像关于y轴对称,则φ的最小正值是________.
答案错误!
解析∵函数f(x)=sin(2x+错误!)的图像向右平移φ个单位得到g(x)=sin[2(x-φ)+错误!]=sin(2x+错误!-2φ),
又∵g(x)是偶函数,
∴错误!-2φ=kπ+错误!(k∈Z),
∴φ=-错误!-错误!(k∈Z).
当k=-1时,φ取得最小正值错误!。
题型一函数y=A sin(ωx+φ)的图像及变换
例1 (2015·湖北)某同学用“五点法”画函数f(x)=A sin(ωx+φ)错误!在某一个周期内的图像时,列表并填入了部分数据,如下表:
ωx+φ0错误!π错误!2π
x π
3
错误!
(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)图像上所有点向左平移θ(θ>0)个单位长度,得到y=g(x)的图像.若y =g(x)图像的一个对称中心为错误!,求θ的最小值.
解(1)根据表中已知数据,
解得A=5,ω=2,φ=-错误!。
数据补全如下表:
且函数解析式为f(x错误!
(2)由(1)知f(x)=5sin错误!,
得g(x)=5sin错误!.
因为函数y=sin x图像的对称中心为(kπ,0),k∈Z.
令2x+2θ-错误!=kπ,解得x=错误!+错误!-θ,k∈Z.
由于函数y=g(x)的图像关于点错误!成中心对称,
所以令kπ
2
+错误!-θ=错误!,解得θ=错误!-错误!,k∈Z。
由θ〉0可知,当k=1时,θ取得最小值错误!。
引申探究
在本例(2)中,将f(x)图像上所有点向左平移错误!个单位长度,得到g(x)的图像,求g(x)的解析式,并写出g(x)图像的对称中心.
解由(1)知f(x)=5sin(2x-错误!),
因此g(x)=5sin[2(x+错误!)-错误!]
=5sin(2x+错误!).
因为y=sin x的对称中心为(kπ,0),k∈Z。
令2x+错误!=kπ,k∈Z,解得x=错误!-错误!,k∈Z。
即y=g(x)图像的对称中心为(错误!-错误!,0),k∈Z。
思维升华(1)五点法作简图:用“五点法”作y=A sin(ωx+φ)的简图,主要是通过变量代换,设z=ωx+φ,由z取0,错误!,π,错误!π,2π来求出相应的x,通过列表,计算得出五点坐标,描点后得出图像.
(2)图像变换:由函数y=sin x的图像通过变换得到y=A sin(ωx+φ)的图像,有两种主要途径:“先平移后伸缩”与“先伸缩后平移”.
把函数y=sin x的图像上所有点的横坐标缩小到原来的一半,纵坐标保持不变,再把所得函数图像向左平移错误!个单位,得到的函数图像的解析式是()
A.y=cos 2x B.y=-sin 2x
C.y=sin(2x-错误!)D.y=sin(2x+错误!)
答案A
解析由y=sin x图像上所有点的横坐标缩小到原来的一半,纵坐标保持不变,所得图像的解析式为y=sin 2x,再向左平移错误!个单位得y=sin 2(x+错误!),即y=cos 2x。
题型二由图像确定y=A sin(ωx+φ)的解析式
例2 已知函数f(x)=A sin(ωx+φ)(A〉0,|φ|〈错误!,ω>0)的图像的一部分如图所示.
(1)求f(x)的表达式;
(2)试写出f(x)的对称轴方程.
解(1)观察图像可知A=2且点(0,1)在图像上,
∴1=2sin(ω·0+φ),即sin φ=错误!.
∵|φ|<错误!,∴φ=错误!,
又∵错误!π是函数的一个零点且是图像递增穿过x轴形成的零点,
∴错误!ω+错误!=2π,∴ω=2.
∴f(x)=2sin(2x+错误!).
(2)设2x+错误!=B,则函数y=2sin B的对称轴方程为
B=错误!+kπ,k∈Z,
即2x+错误!=错误!+kπ(k∈Z),
解得x=错误!+错误! (k∈Z),
∴f(x)=2sin(2x+错误!)的对称轴方程为
x=错误!+错误!(k∈Z).
思维升华求y=A sin(ωx+φ)+B(A〉0,ω〉0)解析式的步骤
(1)求A,B,确定函数的最大值M和最小值m,则A=错误!,B=错误!.
(2)求ω,确定函数的周期T,则ω=错误!。
(3)求φ,常用方法如下:
①代入法:把图像上的一个已知点代入(此时要注意该点在上升区间上还是在下降区间上)或把图像的最高点或最低点代入.
②五点法:确定φ值时,往往以寻找“五点法”中的特殊点作为突破口.具体如下:“第一点”(即图像上升时与x轴的交点)为ωx+φ=0;“第二点”(即图像的最高点)为ωx+φ=错误!;“第三点”(即图像下降时与x轴的交点)为ωx+φ=π;“第四点”(即图像的最低点)为ωx+φ=错误!;“第五点”为ωx+φ=2π。
(2016·太原模拟)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω〉0,|φ|<错误!)的部分图像如图所示,则y=f(x+错误!)取得最小值时x的集合为( )
A.{x|x=kπ-错误!,k∈Z}
B.{x|x=kπ-错误!,k∈Z}
C.{x|x=2kπ-错误!,k∈Z}
D.{x|x=2kπ-错误!,k∈Z}
答案B
解析根据所给图像,周期T=4×(错误!-错误!)=π,故π=错误!,∴ω=2,因此f(x)=sin(2x+φ),另外图像经过点(错误!,0),代入有2×错误!+φ=kπ(k∈Z),再由|φ|〈错误!,
得φ=-错误!,∴f(x+错误!)=sin(2x+错误!),当2x+错误!=-错误!+2kπ (k∈Z),即x =-错误!+kπ(k∈Z)时,y=f(x+错误!)取得最小值.
题型三三角函数图像性质的应用
命题点1 三角函数模型的应用
例3 (2015·陕西)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错误!+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
解析由题干图易得y min=k-3=2,则k=5.
∴y max=k+3=8。
命题点2 函数零点(方程根)问题
例4 已知关于x的方程2sin2x-错误!sin 2x+m-1=0在错误!上有两个不同的实数根,则m 的取值范围是________.
答案(-2,-1)
解析方程2sin2x-错误!sin 2x+m-1=0可转化为
m=1-2sin2x+3sin 2x
=cos 2x+错误!sin 2x
=2sin错误!,x∈错误!.
设2x+错误!=t,则t∈错误!,
∴题目条件可转化为错误!=sin t,t∈错误!有两个不同的实数根.
∴y=错误!和y=sin t,t∈错误!的图像有两个不同交点,如图:
由图像观察知,错误!的范围为(-1,-错误!),
故m的取值范围是(-2,-1).
引申探究
例4中,若将“有两个不同的实数根”改成“有实根”,则m的取值范围是__________.
答案[-2,1)
解析由例4知,错误!的范围是错误!,
∴-2≤m<1,
∴m的取值范围是[-2,1).
命题点3 图像与性质的综合应用
例5 已知函数f(x)=错误!sin(ωx+φ)(ω〉0,-错误!≤φ〈错误!)的图像关于直线x=错误!对称,且图像上相邻两个最高点的距离为π。
(1)求ω和φ的值;
(2)当x∈[0,错误!]时,求函数y=f(x)的最大值和最小值.
解(1)因为f(x)的图像上相邻两个最高点的距离为π,所以f(x)的最小正周期T=π,从而ω=错误!=2.
又因为f(x)的图像关于直线x=错误!对称,
所以2·错误!+φ=kπ+错误!,k∈Z,
由-错误!≤φ<错误!,得k=0,
所以φ=错误!-错误!=-错误!.
综上,ω=2,φ=-π6
.
(2)由(1)知f(x)=3sin(2x-错误!),
当x∈[0,错误!]时,-错误!≤2x-错误!≤错误!,
∴当2x-错误!=错误!,即x=错误!时,f(x)最大值=错误!;
当2x-错误!=-错误!,即x=0时,f(x)最小值=-错误!。
思维升华(1)三角函数模型的应用体现在两方面:一是已知函数模型求解数学问题;二是把实际问题抽象转化成数学问题,建立数学模型,再利用三角函数的有关知识解决问题.
(2)方程根的个数可转化为两个函数图像的交点个数.
(3)研究y=A sin(ωx+φ)的性质时可将ωx+φ视为一个整体,利用换元法和数形结合思想进行解题.
已知函数f(x)=cos(3x+π
3
),其中x∈[错误!,m],若f(x)的值域是[-1,
-错误!],则m的取值范围是__________.答案[错误!,错误!]
解析画出函数的图像.
由x∈[π
6
,m],可知
5π
6
≤3x+
π
3
≤3m+错误!,
因为f(π
6
)=cos 错误!=-错误!且f(错误!)=cos π=-1,要使f(x)的值域是[-1,-错误!],
只要错误!≤m≤错误!,
即m∈[错误!,错误!].
4.三角函数图像与性质的综合问题
典例(12分)已知函数f(x)=2错误!sin(错误!+错误!)·cos(错误!+错误!)-sin(x+π).(1)求f(x)的最小正周期;
(2)若将f(x)的图像向右平移错误!个单位长度,得到函数g(x)的图像,求函数g(x)在区间[0,π]上的最大值和最小值.
思维点拨(1)先将f(x)化成y=A sin(ωx+φ)的形式再求周期;
(2)将f(x)解析式中的x换成x-π
6
,得g(x),然后利用整体思想求最值.
规范解答
解(1)f(x)=2错误!sin(错误!+错误!)·cos(错误!+错误!)-sin(x+π)=错误!cos x+sin x[3分]
=2sin(x+π
3
),[5分]
于是T=错误!=2π.[6分]
(2)由已知得g(x)=f(x-错误!)=2sin(x+错误!),[8分]
∵x∈[0,π],∴x+错误!∈[错误!,错误!],
∴sin(x+错误!)∈[-错误!,1],[10分]
∴g(x)=2sin(x+错误!)∈[-1,2].[11分]
故函数g(x)在区间[0,π]上的最大值为2,最小值为-1.[12分]
解决三角函数图像与性质的综合问题的一般步骤:
第一步:(化简)将f(x)化为a sin x+b cos x的形式;
第二步:(用辅助角公式)构造f(x)=a2+b2·(sin x·错误!+cos x·错误!);第三步:(求性质)利用f(x)=a2+b2sin(x+φ)研究三角函数的性质;
第四步:(反思)反思回顾,查看关键点、易错点和答题规范.
1.为了得到函数y=cos(2x+π
3
)的图像,可将函数y=sin 2x的图像( )
A.向左平移错误!个单位长度
B.向右平移错误!个单位长度
C.向左平移错误!个单位长度
D.向右平移错误!个单位长度
答案C
解析由题意,得y=cos(2x+错误!)=sin(2x+错误!+错误!)=sin 2(x+错误!),则它是由y=sin 2x向左平移错误!个单位得到的,故选C.
2.若f(x)=sin(2x+φ)+b,对任意实数x都有f错误!=f(-x),f错误!=-1,则实数b 的值为()
A.-2或0 B.0或1
C.±1 D.±2
答案A
解析由f错误!=f(-x)可得f(x)的图像关于直线x=错误!对称,∴2×错误!+φ=错误!+kπ,k∈Z.当直线x=错误!经过最高点时,φ=错误!;当直线x=错误!经过最低点时,φ=-错误!π.若f(x)=sin错误!+b,由f错误!=-1,得b=0;若f(x)=sin错误!+b,由f错误!=-1,得b=-2.所以b=-2或b=0.
3.已知函数f(x)=错误!sin ωx+cos ωx(ω〉0),x∈R.在曲线y=f(x)与直线y=1的交点中,若相邻交点距离的最小值为错误!,则f(x)的最小正周期为( )
A.错误!
B.错误!
C.π D.2π
答案C
解析f(x)=错误!sin ωx+cos ωx=2sin(ωx+错误!)(ω〉0).
由2sin(ωx+错误!)=1,得sin(ωx+错误!)=错误!,
∴ωx+错误!=2kπ+错误!或ωx+错误!=2kπ+错误!π(k∈Z).
令k=0,得ωx1+错误!=错误!,ωx2+错误!=错误!π,
∴x1=0,x2=错误!.由|x1-x2|=错误!,得错误!=错误!,∴ω=2。
故f(x)的最小正周期T=错误!=π.
4.函数f(x)=sin(ωx+φ)(x∈R,ω〉0,|φ|〈错误!)的部分图像如图所示,如果
x 1,x2∈(-
π
6
,错误!)且f(x1)=f(x2),则f(x1+x2)等于()
A.1
2
B.错误!
C。
错误!D.1
答案B
解析观察图像可知,A=1,T=π,
∴ω=2,f(x)=sin(2x+φ).
将(-错误!,0)代入上式得sin(-错误!+φ)=0,由|φ|〈错误!,得φ=错误!,
则f(x)=sin(2x+错误!).
函数图像的对称轴为x=错误!=错误!。
又x1,x2∈(-错误!,错误!),
且f(x1)=f(x2),∴错误!=错误!,
∴x1+x2=π6 ,
∴f(x1+x2)=sin(2×错误!+错误!)=错误!.故选B.
5.函数f(x)=sin(2x+φ)错误!的图像向左平移错误!个单位后所得函数图像的解析式是奇函数,则函数f(x)在错误!上的最小值为( )
A.-错误!B.-错误!
C.错误!
D.错误!
答案A
解析由函数f(x)的图像向左平移错误!个单位得g(x)=sin错误!的图像,
因为是奇函数,所以φ+错误!=kπ,k∈Z,
又因为|φ|<错误!,所以φ=-错误!,
所以f(x)=sin错误!.
又x∈错误!,所以2x-错误!∈错误!,
所以当x=0时,f(x)取得最小值为-错误!.
6.(2016·太原模拟)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)错误!的最小正周期是π,若将f(x)的图像向右平移错误!个单位后得到的图像关于原点对称,则函数f(x)的图像()
A.关于直线x=错误!对称B.关于直线x=错误!对称
C.关于点错误!对称D.关于点错误!对称
答案B
解析由题意知错误!=π,∴ω=2;
又由f(x)的图像向右平移错误!个单位后得到y=sin[2错误!+φ]=sin错误!,此时关于原点对称,∴-错误!+φ=kπ,k∈Z,
∴φ=错误!+kπ,k∈Z,
又|φ|<错误!,∴φ=-错误!,
∴f(x)=sin错误!.
当x=错误!时,2x-错误!=-错误!,
∴A、C错误;
当x=错误!时,2x-错误!=错误!,
∴B正确,D错误.
7.(2016·全国丙卷)函数y=sin x-3cos x的图像可由函数y=sin x+错误!cos x的图像至少向右平移________个单位长度得到.
答案2π3
解析y=sin x-错误!cos x=2sin错误!,y=sin x+错误!cos x=2sin错误!,因此至少向右平移错误!个单位长度得到.
8.(2016·长春模拟)设偶函数f(x)=A sin(ωx+φ) (A〉0,ω〉0,0<φ<π)的部分图像如图所示,△KLM为等腰直角三角形,∠KML=90°,KL=1,则f(错误!)的值为________.
答案错误!
解析由题意知,点M到x轴的距离是错误!,根据题意可设f(x)=错误!cos ωx,又由题图知错误!·错误!=1,所以ω=π,
所以f(x)=错误!cos πx,
故f(错误!)=错误!cos 错误!=错误!。
9.(2015·天津)已知函数f(x)=sin ωx+cos ωx(ω>0),x∈R.若函数f(x)在区间(-ω,ω)内单调递增,且函数y=f(x)的图像关于直线x=ω对称,则ω的值为________.答案错误!
解析f(x)=sin ωx+cos ωx=2sin错误!,
因为f(x)在区间(-ω,ω)内单调递增,且函数图像关于直线x=ω对称,所以f(ω)必为一个周期上的最大值,所以有ω·ω+错误!=2kπ+错误!,k∈Z,所以ω2=错误!+2kπ,k∈Z.又ω-(-ω)≤错误!,即ω2≤错误!,即ω2=错误!,所以ω=错误!。
10。
电流强度I(安)随时间t(秒)变化的函数I=A sin(ωt+φ)(A>0,ω〉0,0〈φ〈错误!)的图像如图所示,则当t=错误!秒时,电流强度是________安.
答案-5
解析由图像知A=10,错误!=错误!-错误!=错误!,
∴ω=错误!=100π,∴I=10sin(100πt+φ).
∵图像过点错误!,∴10sin(100π×错误!+φ)=10,
∴sin(错误!+φ)=1,错误!+φ=2kπ+错误!,k∈Z,∴φ=2kπ+错误!,k∈Z,又∵0〈φ<错误!,∴φ=错误!。
∴I=10sin错误!,当t=错误!秒时,I=-5安.
11.已知函数y=A sin(ωx+φ)(A>0,ω〉0)的图像过点P(π
12
,0),图像上与点P最近的
一个最高点是Q(错误!,5).
(1)求函数的解析式;
(2)求函数f(x)的递增区间.
解(1)依题意得A=5,周期T=4(错误!-错误!)=π,∴ω=错误!=2.
故y=5sin(2x+φ),又图像过点P(π
12
,0),
∴5sin(错误!+φ)=0,
由已知可得π
6
+φ=0,∴φ=-错误!,
∴y=5sin(2x-错误!).
(2)由-错误!+2kπ≤2x-错误!≤错误!+2kπ,k∈Z,
得-π
6
+kπ≤x≤错误!+kπ,k∈Z,
故函数f(x)的递增区间为[kπ-π
6
,kπ+错误!] (k∈Z).
12.已知函数f(x)=错误!cos2x+sin x·cos x-错误!.
(1)求函数f(x)的最小正周期T和函数f(x)的单调递增区间;
(2)若函数f(x)的对称中心为(x,0),求x∈[0,2π)的所有x的和.
解(1)由题意得f(x)=sin(2x+错误!),∴T=错误!=π,
令-π
2
+2kπ≤2x+错误!≤错误!+2kπ,k∈Z。
可得函数f(x)的单调递增区间为[-错误!+kπ,错误!+kπ],k∈Z.
(2)令2x+错误!=kπ,k∈Z,可得x=-错误!+错误!,k∈Z.
∵x∈[0,2π),∴k可取1,2,3,4.
∴所有满足条件的x的和为错误!+错误!+错误!+错误!=错误!.
13.(2016·潍坊模拟)函数f(x)=A sin(ωx+φ)(A〉0,ω>0,0〈φ〈错误!)的部分图像如图所示.
(1)求f(x)的解析式;
(2)设g(x)=[f(x-错误!)]2,求函数g(x)在x∈[-错误!,错误!]上的最大值,并确定此时x的值.
解(1)由题图知A=2,错误!=错误!,
则错误!=4×错误!,∴ω=错误!.
又f(-错误!)=2sin[错误!×(-错误!)+φ]
=2sin(-π
4
+φ)=0,
∴sin(φ-错误!)=0,
∵0<φ〈错误!,∴-错误!<φ-错误!<错误!,
∴φ-错误!=0,即φ=错误!,
∴f(x)的解析式为f(x)=2sin(错误!x+错误!).(2)由(1)可得
f(x-错误!)=2sin[错误!(x-错误!)+错误!]
=2sin(错误!x+错误!),
∴g(x)=[f(x-错误!)]2=4×错误!
=2-2cos(3x+错误!),
∵x∈[-错误!,错误!],∴-错误!≤3x+错误!≤错误!,
∴当3x+错误!=π,即x=错误!时,g(x)max=4.。