专题01 三角函数的图像与性质
【要点提炼】
1.常用的三种函数的图象与性质(下表中k∈Z)
函数 | y=sin x | y=cos x | y=tan x |
图象 | |||
递增 区间 | [2kπ-π,2kπ] | ||
递减 区间 | [2kπ,2kπ+π] | ||
奇偶性 | 奇函数 | 偶函数 | 奇函数 |
对称 中心 | (kπ,0) | ||
对称轴 | x=kπ+ | x=kπ | |
周期性 | 2π | 2π | π |
2.三角函数的常用结论
(1)y=Asin(ωx+φ),当φ=kπ(k∈Z)时为奇函数;
当φ=kπ+ (k∈Z)时为偶函数;对称轴方程可由ωx+φ=kπ+ (k∈Z)求得.
(2)y=Acos(ωx+φ),当φ=kπ+ (k∈Z)时为奇函数;
当φ=kπ(k∈Z)时为偶函数;对称轴方程可由ωx+φ=kπ(k∈Z)求得.
(3)y=Atan(ωx+φ),当φ=kπ(k∈Z)时为奇函数.
3.三角函数的两种常见变换
(1)y=sin x
y=sin(ωx+φ) y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0).
y=sin ωx
y=sin(ωx+φ) y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0).
【方法指导】
1、已知函数的图像求解析式的方法:(1);(2)由函数的周期求,则;(3)利用“五点法”中相对应的特殊点求.
2、运用整体换元法求解单调区间与对称性问题:类比的性质,只需将中的“”看成中的“”,采取整体代入求解.(1)令,可求得对称轴方程;(2)令,可求得对称中心的横坐标;(3)将“”看作整体,可求得的单调区间,注意的符号.
命题点一: 三角函数的图像
考向一 三角函数的图像变换
【典例1】 1.(2021·宁夏吴忠市·高三一模(理))已知函数的图像关于直线对称,将函数的图像向右平移个单位得到函数的图像,则在上的值域为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
由对称性求得,由平移求得的表达式,再求出的范围,结合正弦函数性质得值域.
【解析】
∵函数的图像关于直线对称,
,又,可得,
故,,
∵,∴,
∴,
故选:A.
【方法总结】
1.“五点法”作图:设,令求出的值与相应的的值,描点、连线可得.
2.在图象变换过程中务必分清是先相位变换,还是先周期变换.变换只是相对于其中的自变量而言的,如果的系数不是1,就要把这个系数提取后再确定变换的单位长度和方向.
【拓展练习】
(2020·江苏南通市·高三月考)
1.声音是由物体振动产生的声波,其中纯音的数学模型是函数,已知函数的图象向右平移个单位后,与纯音的数学模型函数图象重合,则______,若函数在是减函数,则的最大值是______.
【答案】
【解析】
将函数的图象向左平移个单位后可得到函数的图象,结合诱导公式可求得的值,求得函数的单调递减区间,由属于该区间求得的值,再由区间的包含关系可求得的最大值.
【解析】
将函数的图象向左平移个单位后可得到函数的图象,
则,
又,,
令,解得,
所以,函数的单调递减区间为,
由,可得,
由于函数在区间上单调递减,则,
所以,,解得,则的最大值为.
故答案为:;.
【点睛】
本题考查利用三角函数图象平移求参数,同时也考查了利用余弦型函数的单调性求参数,考查计算能力,属于中等题.
考向二 由函数的图象特征求解析式
【典例2】 (2020·全国高三其他模拟)函数的部分图象如图所示,为函数的图象与轴的交点,为函数的图象与轴
的一个交点,且.若函数的图象与直线在内的两个交点的坐标分别为和,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
根据题图易得,为直角三角形,则结合匀股定理可得点的坐标,将点的坐标代入解析式求得的值,然后根据“五点作图法”求得的值,进而得到的解析式,最后利用图象的对称性求得,即可得解,
【解析】
由题图可知,为直角三角形,且,所以,,则,即,又,所以,所以.因为点为“五点作图法”中的第三个点,所以,所以,于是.由,得,所以函数的图象在内的一条对称轴为直线,则由题意知,所以
故选B
【点睛】
关键点睛:解题的关键是以三角函数的部分图象为依托,利用“五点作图法” ,结合匀股定理可得点的坐标,并将点的坐标代入解析式求得的值和的值,主要考查学生对方程思想与整体思想的理解与应用,难度属于中档题
【方法总结】
1.已知函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图像求其解析式时,常采用待定系数法,由图中的最高点、最低点或特殊点求A;由函数的周期确定ω;确定φ常根据“五点法”中的五个点求解,其中一般将第一个零点作为突破口,可以从图像的升降找准第一个零点的位置.
2.求函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的单调区间,是将ωx+φ作为一个整体代入正弦函数增区间(或减区间),求出的区间即为y=Asin(ωx+φ)的增区间(或减区间).
【拓展练习】
(2021·全国高三专题练习)
1.如图是函数图象的一部分,对不同的,若,有,则( )
A.在区间上是增函数
B.在区间上是减函数
C.在区间上是增函数
D.在区间上是减函数
【答案】B
【解析】
(1)根据题意可得,且,从而可得,再由解得,即,再利用余弦函数的性质即可求解.
【解析】
解析:由函数图象的一部分,
可得,函数的图象关于直线对称,
∴.
由五点法作图可得,,
∴.
再根据,可得,
∴,.
在上,,
故在上是减函数,
故选:B.
(2020·云南玉溪市·高三其他模拟(理))
2.已知函数的部分图象如图所示,若,则函数的单调递增区间为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
由图可知,,且,可以得到,进而得到解析式为,求其单调递增区间即可.
【解析】
因为,所以对称轴为,即
又因为,所以,
联立可得:,所以,
所以,即
所以函数的单调递增区间为
故选:A.
【点睛】
本题考查由三角函数的部分图像求解析式,考查三角函数的图像和性质,属于中档题.关键点是能够利用函数值相等和零点正确解出解析式.
命题点二 三角函数性质的综合应用
【典例3】(2020·临沂一预)在①f(x)的图象关于直线x=对称,②f(x)=cos ωx-sin ωx,③f(x)≤f(0)恒成立这三个条件中任选一个,补充在下面横线处.若问题中的ω存在,求出ω的值;若ω不存在,请说明理由.
设函数f(x)=2cos(ωx+φ),_____________________________.
是否存在正整数ω,使得函数f(x)在上是单调的?(注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分)
解 若选①,则存在满足条件的正整数ω.求解过程如下:
令ωx+φ=kπ,k∈Z,代入x=,
解得φ=kπ-,k∈Z.
因为0≤φ≤,所以φ=,所以f(x)=2cos.
当x∈时,ωx+∈.
若函数f(x)在上单调,则有+≤π,
解得0<ω≤.
所以存在正整数ω=1,使得函数f(x)在上是单调的.
若选②,则存在满足条件的正整数ω.求解过程如下:
f(x)=cos ωx-sin ωx=2cos=2cos(ωx+φ),
且0≤φ≤,所以φ=.
当x∈时,ωx+∈.
若函数f(x)在上单调,则有+≤π,
解得0<ω≤.
所以存在正整数ω=1,使得函数f(x)在上是单调的.
若选③,则存在满足条件的正整数ω.求解过程如下:
因为f(x)≤f(0)恒成立,即f(x)max=f(0)=2cos φ=2,
所以cos φ=1.
因为0≤φ≤,所以φ=0,所以f(x)=2cos ωx.
当x∈时,ωx∈.
若函数f(x)在上单调,则有≤π,解得0<ω≤2.
所以存在正整数ω=1或ω=2,使得函数f(x)在上是单调的.
【方法总结】
1.研究三角函数的图象与性质,关键是将函数化为y=Asin(ωx+φ)+B(或y=Acos(ωx+φ)+B)的形式,利用正余弦函数与复合函数的性质求解.
2.函数y=Asin(ωx+φ)(或y=Acos(ωx+φ))的最小正周期T=.应特别注意y=|Asin(ωx+φ)|的最小正周期为T=.
【拓展练习】
1. (2020·广西南宁市·南宁三中高三其他模拟(理))下列函数中,以为周期且在区间上单调递减的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
分别计算出ABCD的周期,再判断是否在区间上单调递减即可.
【解析】
A: ,周期为,排除;
B: ,不具有周期性,排除;
C: ,周期为,在区间上单调递增,排除;
D: ,周期为,在区间上单调递减
故选D
【点睛】
本题考查三角函数的周期、单调区间,属于基础题.
2.(2020·济南市·山东省实验中学高三月考)已知函数满足下列4个条件中的3个,4个条件依次是:①,②周期,③过点,④.
(1)写出所满足的3个条件的序号(不需要说明理由),并求的解析式;
(2)求函数的图象与直线相邻两个交点间的最短距离.
【答案】(1)②③④;;(2).
【解析】
(1)所满足的三个条件是:②③④,计算得到,,,解得,,得到解析式.
(2)根据题意,故,或,,得到答案.
【解析】
(1)所满足的三个条件是:②③④,
的周期,,,
又过点,且,,,
,,
,,又,,
又,,,.
(2)由,得,
,或,,
,或,,
所以函数的图象与直线相邻两个交点间的最短距离为.
【点睛】
本题考查了三角函数解析式,图像中的最短距离,意在考查学生的计算能力和应用能力.
【专题训练】
一、单选题
(2019·天津河西区·高考模拟(理))
(2020·北京北大附中高三其他模拟)
A. | B. | C. | D. |
(2020·四川泸州市·高三一模(理))
A.2 | B.3 | C.4 | D.5 |
【知识点】 由正弦(型)函数的周期性求值解读
(2020·安徽师范大学附属中学高三其他模拟(文))
①的最小正周期为2; ②图象的一条对称轴为直线;③在上是减函数;④的最大值为.
A.①④ | B.②③ | C.①③ | D.③④ |
【知识点】 三角函数图象的综合应用解读
(2020·四川省泸县第四中学高三开学考试(理))
A. | B. |
C. | D. |
(2020·四川成都市·石室中学高三月考(理))
①是偶函数;
②的最小正周期为;
③的最小值为0;
④在上有3个零点
其中所有正确结论的编号是( )
A.①② | B.①②③ | C.①③④ | D.②③④ |
(2020·陕西西安市·西安工业大学附中高三其他模拟(理))
①的最小正周期是;②的图象关于点中心对称;
③的最小值为;④在区间内单调递增.
其中所有正确结论的序号是( )
A.①④ | B.①③ | C.②④ | D.②③ |
(2020·云南省个旧市第一高级中学高三其他模拟(理))
(2019·福建省泰宁第一中学高三月考(理))
A.的一个零点为 | B.的一条对称轴为 |
C. 在区间 上单调递增 | D.是偶函数 |
(2020·河北衡水市·衡水中学高三其他模拟(理))
A. | B. | C. | D. |
【知识点】 利用正弦型函数的单调性求参数解读
二、多选题
(2021·海南高三二模)
A.是奇函数 | B.是周期函数且最小正周期为 |
C.的值域是 | D.当时 |
(2021·全国高三专题练习)
A.的最大值为 | B.的图象关于直线对称 |
C.在上单调递增 | D.的图象关于点对称 |
(2020·山东潍坊市·高三三模)
A.函数为周期函数,且最小正周期为 |
B.函数为奇函数 |
C.函数的图象关于直线对称 |
D.函数的导函数的最大值为 |
(2020·山东省平邑县第一中学高三其他模拟)
A.是偶函数,是奇函数 |
B.在为增函数,在为减函数 |
C.对于恒成立 |
D.函数对于恒成立 |
三、填空题
(2020·北京高三专题练习)
(2020·湖南邵阳市·高三三模(理))