2019屆高考數學二輪復習 專題一 三角函數與解三角形 第1講 三角函數的圖象與性質學案 理

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1、第1講 三角函數的圖象與性質 高考定位 三角函數的圖象與性質是高考考查的重點和熱點內容,主要從以下兩個方面進行考查:1.三角函數的圖象,涉及圖象變換問題以及由圖象確定解析式問題,主要以選擇題、填空題的形式考查;2.利用三角函數的性質求解三角函數的值、參數、最值、值域、單調區(qū)間等,主要以解答題的形式考查. 真 題 感 悟 1.(2018·全國Ⅰ卷)已知角α的頂點為坐標原點,始邊與x軸的非負半軸重合,終邊上有兩點A(1,a),B(2,b),且cos 2α=,則|a-b|=(  ) A. B. C. D.1 解析 由題意知cos α>0.因為cos 2α=2cos2α-1=

2、,所以cos α=,sin α=±,得|tan α|=.由題意知|tan α|=,所以|a-b|=. 答案 B 2.(2017·全國Ⅲ卷)設函數f(x)=cos,則下列結論錯誤的是(  ) A.f(x)的一個周期為-2π B.y=f(x)的圖象關于直線x=對稱 C.f(x+π)的一個零點為x= D.f(x)在單調遞減 解析 A項,因為f(x)的周期為2kπ(k∈Z且k≠0),所以f(x)的一個周期為-2π,A項正確. B項,因為f(x)圖象的對稱軸為直線x=kπ-(k∈Z),當k=3時,直線x=是其對稱軸,B項正確. C項,f(x+π)=cos,將x=代入得到f=co

3、s=0,所以x=是f(x+π)的一個零點,C項正確. D項,因為f(x)=cos的遞減區(qū)間為 (k∈Z),遞增區(qū)間為 (k∈Z),所以是減區(qū)間,是增區(qū)間,D項錯誤. 答案 D 3.(2018·全國Ⅰ卷)已知函數f(x)=2cos2x-sin2x+2,則(  ) A.f(x)的最小正周期為π,最大值為3 B.f(x)的最小正周期為π,最大值為4 C.f(x)的最小正周期為2π,最大值為3 D.f(x)的最小正周期為2π,最大值為4 解析 易知f(x)=2cos2x-sin2x+2=3cos2x+1=3+1=cos 2x+,則f(x)的最小正周期為π,當2x=2kπ,即x=kπ(k

4、∈Z)時,f(x)取得最大值,最大值為4. 答案 B 4.(2018·全國Ⅱ卷)若f(x)=cos x-sin x在[-a,a]是減函數,則a的最大值是(  ) A. B. C. D.π 解析 f(x)=cos x-sin x=cos,且函數y=cos x在區(qū)間[0,π]上單調遞減,則由0≤x+≤π,得-≤x≤.因為f(x)在[-a,a]上是減函數,所以解得a≤,所以0

5、 [2kπ-π,2kπ] 遞減 區(qū)間 [2kπ,2kπ+π] 奇偶性 奇函數 偶函數 奇函數 對稱 中心 (kπ,0) 對稱軸 x=kπ+ x=kπ 周期性 2π 2π π 2.三角函數的常用結論 (1)y=Asin(ωx+φ),當φ=kπ(k∈Z)時為奇函數; 當φ=kπ+(k∈Z)時為偶函數;對稱軸方程可由ωx+φ=kπ+(k∈Z)求得. (2)y=Acos(ωx+φ),當φ=kπ+(k∈Z)時為奇函數; 當φ=kπ(k∈Z)時為偶函數;對稱軸方程可由ωx+φ=kπ(k∈Z)求得. (3)y=Atan(ωx+φ),當φ=

6、kπ(k∈Z)時為奇函數. 3.三角函數的兩種常見變換 熱點一 三角函數的定義 【例1】 (1)(2017·北京卷)在平面直角坐標系xOy中,角α與角β均以Ox為始邊,它們的終邊關于y軸對稱.若sin α=,則cos(α-β)=________. (2)如圖,以Ox為始邊作角α(0<α<π),終邊與單位圓相交于點P,已知點P的坐標為,則=________. 解析 (1)法一 由已知得β=(2k+1)π-α(k∈Z). ∵sin α=,∴sin β=sin[(2k+1)π-α]=sin α=(k∈Z). 當cos α==時,cos β=-, ∴cos(α-β)=c

7、os αcos β+sin αsin β=×+×=-. 當cos α=-=-時,cos β=, ∴cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=-. 綜上可知,cos(α-β)=-. 法二 由已知得β=(2k+1)π-α(k∈Z), ∴sin β=sin[(2k+1)π-α]=sin α, cos β=cos[(2k+1)π-α]=-cos α,k∈Z. 當sin α=時,cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=-cos2α+sin2α=-(1-sin2α)+sin2α=2sin2α-1=2×-1=-. (2)由三角函數定義,得cos α=

8、-,sin α=, ∴原式===2cos2α=2×=. 答案 (1)- (2) 探究提高 1.當角的終邊所在的位置不是唯一確定的時候要注意分情況解決,機械地使用三角函數的定義就會出現錯誤. 2.任意角的三角函數值僅與角α的終邊位置有關,而與角α終邊上點P的位置無關.若角α已經給出,則無論點P選擇在α終邊上的什么位置,角α的三角函數值都是確定的. 【訓練1】 (1)(2018·濰坊三模)在直角坐標系中,若角α的終邊經過點P,則sin(π-α)=(  ) A. B. C.- D.- (2)(2018·北京卷)在平面直角坐標系中,,,,是圓x2+y2=1上的四段弧(如圖),

9、點P在其中一段上,角α以Ox為始邊,OP為終邊.若tan α

10、平移個單位長度,再向上平移1個單位長度 B.向右平移個單位長度,再向上平移1個單位長度 C.向左平移個單位長度,再向下平移1個單位長度 D.向右平移個單位長度,再向下平移1個單位長度 (2)(2018·湖南六校聯考)已知函數f(x)=sin(ωx+φ),其圖象相鄰兩條對稱軸之間的距離為,將函數y=f(x)的圖象向左平移個單位長度后,得到的圖象關于y軸對稱,那么函數y=f(x)的圖象(  ) A.關于點對稱 B.關于點對稱 C.關于直線x=對稱 D.關于直線x=-對稱 解析 (1)因為y=sin 2x+1=cos+1=cos+1, 故只需將函數y=cos 2x的圖象向右平移個

11、單位長度,再向上平移1個單位長度,即可得到函數y=sin 2x+1的圖象. (2)由題意,T=π,ω=2. 又y=f =sin的圖象關于y軸對稱.∴φ+=kπ+,k∈Z. 由|φ|<,取φ=-,因此f(x)=sin, 代入檢驗f =0,A正確. 答案 (1)B (2)A 探究提高 1.“五點法”作圖:設z=ωx+φ,令z=0,,π,,2π,求出x的值與相應的y的值,描點、連線可得. 2.在圖象變換過程中務必分清是先相位變換,還是先周期變換.變換只是相對于其中的自變量x而言的,如果x的系數不是1,就要把這個系數提取后再確定變換的單位長度和方向. 考法2 由函數的圖象特征求解析式

12、 【例2-2】 (1)函數f(x)=Asin(ωx+φ)的部分圖象如圖所示,則函數f(x)的解析式為(  ) A.f(x)=2sin B.f(x)=2sin C.f(x)=2sin D.f(x)=2sin (2)(2018·濟南調研)函數f(x)=Asin(ωx+φ)的部分圖象如圖所示,若x1,x2∈,且f(x1)=f(x2),則f(x1+x2)=(  ) A.1 B. C. D. 解析 (1)由題意知A=2,T=4=π,ω=2, 因為當x=時取得最大值2, 所以2=2sin, 所以2×+φ=2kπ+,k∈Z, 解得φ=2kπ-,k∈Z, 因為|φ|

13、<,得φ=-. 因此函數f(x)=2sin. (2)觀察圖象可知,A=1,T=π,則ω=2. 又點是“五點法”中的始點, ∴2×+φ=0,φ=. 則f(x)=sin. 函數圖象的對稱軸為x==. 又x1,x2∈,且f(x1)=f(x2), 所以=,則x1+x2=, 因此f(x1+x2)=sin=. 答案 (1)B (2)D 探究提高 已知函數y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的圖象求解析式時,常采用待定系數法,由圖中的最高點、最低點或特殊點求A;由函數的周期確定ω;確定φ常根據“五點法”中的五個點求解,其中一般把第一個零點作為突破口,可以從圖象的升降找準第一個零點

14、的位置. 【訓練2】 已知函數f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<)的部分圖象如圖所示. (1)求函數f(x)的解析式; (2)將函數y=f(x)的圖象上各點的縱坐標保持不變,橫坐標縮短到原來的倍,再把所得的函數圖象向左平移個單位長度,得到函數y=g(x)的圖象,求函數g(x)在區(qū)間上的最小值. 解 (1)設函數f(x)的最小正周期為T,由題圖可知 A=1,=-=, 即T=π,所以π=,解得ω=2, 所以f(x)=sin(2x+φ),又過點, 由0=sin可得+φ=2kπ,k∈Z, 則φ=2kπ-,k∈Z,因為|φ|<,所以φ=-, 故函數f(x)的

15、解析式為f(x)=sin. (2)根據條件得g(x)=sin, 當x∈時,4x+∈, 所以當x=時,g(x)取得最小值,且g(x) min=. 熱點三 三角函數的性質 考法1 三角函數性質 【例3-1】 (2018·合肥質檢)已知函數f(x)=sin ωx-cos ωx(ω>0)的最小正周期為π. (1)求函數y=f(x)圖象的對稱軸方程; (2)討論函數f(x)在上的單調性. 解 (1)∵f(x)=sin ωx-cos ωx=sin,且T=π, ∴ω=2,于是f(x)=sin. 令2x-=kπ+(k∈Z),得x=+(k∈Z). 即函數f(x)圖象的對稱軸方程為x=+(

16、k∈Z). (2)令2kπ-≤2x-≤2kπ+(k∈Z), 得函數f(x)的單調遞增區(qū)間為(k∈Z). 注意到x∈,所以令k=0, 得函數f(x)在上的單調遞增區(qū)間為; 同理,其單調遞減區(qū)間為. 探究提高 1.討論三角函數的單調性,研究函數的周期性、奇偶性與對稱性,都必須首先利用輔助角公式,將函數化成一個角的一種三角函數. 2.求函數y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的單調區(qū)間,是將ωx+φ作為一個整體代入正弦函數增區(qū)間(或減區(qū)間),求出的區(qū)間即為y=Asin(ωx+φ)的增區(qū)間(或減區(qū)間),但是當A>0,ω<0時,需先利用誘導公式變形為y=-Asin(-ωx-φ),則y

17、=Asin(-ωx-φ)的增區(qū)間即為原函數的減區(qū)間,減區(qū)間即為原函數的增區(qū)間. 考法2 三角函數性質與圖象的綜合應用 【例3-2】 已知函數f(x)=2sin ωxcos ωx+2sin2ωx-(ω>0)的最小正周期為π. (1)求函數f(x)的單調遞增區(qū)間. (2)將函數f(x)的圖象向左平移個單位,再向上平移1個單位,得到函數y=g(x)的圖象,若y=g(x)在[0,b](b>0)上至少含有10個零點,求b的最小值. 解 (1)f(x)=2sin ωxcosωx+(2sin2ωx-1) =sin 2ωx-cos 2ωx=2sin. 由最小正周期為π,得ω=1, 所以f(x)

18、=2sin, 由2kπ-≤2x-≤2kπ+,k∈Z, 整理得kπ-≤x≤kx+,k∈Z, 所以函數f(x)的單調遞增區(qū)間是,k∈Z. (2)將函數f(x)的圖象向左平移個單位,再向上平移1個單位,得到y=2sin 2x+1的圖象; 所以g(x)=2sin 2x+1. 令g(x)=0,得x=kπ+或x=kπ+(k∈Z), 所以在[0,π]上恰好有兩個零點,若y=g(x)在[0,b]上有10個零點,則b不小于第10個零點的橫坐標即可. 所以b的最小值為4π+=. 探究提高 1.研究三角函數的圖象與性質,關鍵是將函數化為y=Asin(ωx+φ)+B(或y=Acos(ωx+φ)+B)

19、的形式,利用正余弦函數與復合函數的性質求解. 2.函數y=Asin(ωx+φ)(或y=Acos(ωx+φ))的最小正周期T=.應特別注意y=|Asin(ωx+φ)|的最小正周期為T=. 【訓練3】 (2018·湖南師大附中質檢)已知向量m=(2cos ωx,-1),n=(sin ωx-cos ωx,2)(ω>0),函數f(x)=m·n+3,若函數f(x)的圖象的兩個相鄰對稱中心的距離為. (1)求函數f(x)的單調增區(qū)間; (2)若將函數f(x)的圖象先向左平移個單位,然后縱坐標不變,橫坐標縮短為原來的倍,得到函數g(x)的圖象,當x∈時,求函數g(x)的值域. 解 (1)f(x)=

20、m·n+3=2cos ωx(sin ωx-cos ωx)-2+3 =sin 2ωx-cos 2ωx=sin. 依題意知,最小正周期T=π. ∴ω=1,因此f(x)=sin. 令-+2kπ≤2x-≤+2kπ,k∈Z, 求得f(x)的增區(qū)間為,k∈Z. (2)將函數f(x)的圖象先向左平移個單位, 得y=sin=sin的圖象. 然后縱坐標不變,橫坐標縮短為原來的倍,得到函數g(x)=sin的圖象. 故g(x)=sin, 由≤x≤,知≤4x+≤. ∴-1≤sin≤. 故函數g(x)的值域是[-,1]. 1.已知函數y=Asin(ωx+φ)+B(A>0,ω>0)的圖象求解

21、析式 (1)A=,B=. (2)由函數的周期T求ω,ω=. (3)利用“五點法”中相對應的特殊點求φ. 2.運用整體換元法求解單調區(qū)間與對稱性 類比y=sin x的性質,只需將y=Asin(ωx+φ)中的“ωx+φ”看成y=sin x中的“x”,采用整體代入求解. (1)令ωx+φ=kπ+(k∈Z),可求得對稱軸方程; (2)令ωx+φ=kπ(k∈Z),可求得對稱中心的橫坐標; (3)將ωx+φ看作整體,可求得y=Asin(ωx+φ)的單調區(qū)間,注意ω的符號. 3.函數y=Asin(ωx+φ)+B的性質及應用的求解思路 第一步:先借助三角恒等變換及相應三角函數公式把待求函數

22、化成y=Asin(ωx+φ)+B(一角一函數)的形式; 第二步:把“ωx+φ”視為一個整體,借助復合函數性質求y=Asin(ωx+φ)+B的單調性及奇偶性、最值、對稱性等問題. 一、選擇題 1.(2018·全國Ⅲ卷)函數f(x)=的最小正周期為(  ) A. B. C.π D.2π 解析 f(x)====sin xcos x=sin 2x,所以f(x)的最小正周期T==π. 答案 C 2.(2017·全國Ⅲ卷)函數f(x)=sin+cos的最大值為(  ) A. B.1 C. D. 解析 cos =cos=sin,則f(x)=sin+sin=sin

23、,函數的最大值為. 答案 A 3.(2018·湖南六校聯考)定義一種運算=ad-bc,將函數f(x)=的圖象向左平移φ(φ>0)個單位,所得圖象對應的函數為偶函數,則φ的最小值是(  ) A. B. C. D. 解析 f(x)=2cos x-2sin x=4cos, 依題意g(x)=f(x+φ)=4cos是偶函數(其中φ>0). ∴+φ=kπ,k∈Z,則φmin=π. 答案 C 4.偶函數f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的部分圖象如圖所示,其中△EFG是斜邊為4的等腰直角三角形(E,F是函數與x軸的交點,點G在圖象上),則f(1)的值為(

24、  ) A. B. C. D.2 解析 依題設,=|EF|=4,T=8,ω=. ∵函數f(x)=Asin(ωx+φ)為偶函數,且0<φ<π. ∴φ=,在等腰直角△EGF中,易求A=2. 所以f(x)=2sin=2cosx,則f(1)=. 答案 C 5.(2018·天津卷)將函數y=sin的圖象向右平移個單位長度,所得圖象對應的函數(  ) A.在區(qū)間上單調遞增 B.在區(qū)間上單調遞減 C.在區(qū)間上單調遞增 D.在區(qū)間上單調遞減 解析 把函數y=sin的圖象向右平移個單位長度得函數g(x)=sin=sin 2x的圖象,由-+2kπ≤2x≤+2kπ(k∈Z)得

25、-+kπ≤x≤+kπ(k∈Z),令k=1,得≤x≤,即函數g(x)=sin 2x的一個單調遞增區(qū)間為. 答案 A 二、填空題 6.(2018·江蘇卷)已知函數y=sin(2x+φ)的圖象關于直線x=對稱,則φ的值是________. 解析 由函數y=sin(2x+φ)的圖象關于直線x=對稱,得sin=±1.因為-<φ<,所以<+φ<,則+φ=,φ=-. 答案?。? 7.已知函數f(x)=Asin(ωx+φ)的部分圖象如圖所示,其中|PQ|=2.則f(x)的解析式為________. 解析 由題圖可知A=2,P(x1,-2),Q(x2,2),所以|PQ|===2.整理得|x1-x

26、2|=2,所以函數f(x)的最小正周期T=2|x1-x2|=4,即=4,解得ω=.又函數圖象過點(0, -),所以2sin φ=-,即sin φ=-.又|φ|<,所以φ=-,所以f(x)=2sin. 答案 f(x)=2sin 8.(2018·北京卷)設函數f(x)=cos(ω>0).若f(x)≤f 對任意的實數x都成立,則ω的最小值為________. 解析 由于對任意的實數都有f(x)≤f 成立,故當x=時,函數f(x)有最大值,故f =1,-=2kπ(k∈Z),∴ω=8k+(k∈Z).又ω>0,∴ωmin=. 答案  三、解答題 9.已知函數f(x)=4tan xsin·co

27、s-. (1)求f(x)的定義域與最小正周期; (2)討論f(x)在區(qū)間上的單調性. 解 (1)f(x)的定義域為{x|x≠+kπ,k∈Z}, f(x)=4tan xcos xcos- =4sin xcos- =4sin x- =2sin xcos x+2sin2x- =sin 2x-cos 2x =2sin. 所以f(x)的最小正周期T==π. (2)由-+2kπ≤2x-≤+2kπ,k∈Z, 得-+kπ≤x≤+kπ,k∈Z. 設A=,B=,易知A∩B=. 所以當x∈時,f(x)在區(qū)間上單調遞增,在區(qū)間上單調遞減. 10.(2018·西安模擬)已知函數f(x)=s

28、insin x-cos2x+. (1)求f(x)的最大值及取得最大值時x的值; (2)若方程f(x)=在(0,π)上的解為x1,x2,求cos(x1-x2)的值. 解 (1)f(x)=cos xsin x-(2cos2x-1) =sin 2x-cos 2x=sin. 當2x-=+2kπ(k∈Z),即x=π+kπ(k∈Z)時,函數f(x)取最大值,且最大值為1. (2)由(1)知,函數f(x)圖象的對稱軸為x=π+kπ,k∈Z, ∴當x∈(0,π)時,對稱軸為x=π. 又方程f(x)=在(0,π)上的解為x1,x2. ∴x1+x2=π,則x1=π-x2, ∴cos(x1-x2

29、)=cos=sin, 又f(x2)=sin=, 故cos(x1-x2)=. 11.設函數f(x)=sin+sin,其中0<ω<3,已知f=0. (1)求ω; (2)將函數y=f(x)的圖象上各點的橫坐標伸長為原來的2倍(縱坐標不變),再將得到的圖象向左平移個單位,得到函數y=g(x)的圖象,求g (x)在上的最小值. 解 (1)因為f(x)=sin+sin, 所以f(x)=sin ωx-cos ωx-cos ωx =sin ωx-cos ωx= =sin. 由題設知f =0, 所以-=kπ,k∈Z,故ω=6k+2,k∈Z. 又0<ω<3,所以ω=2. (2)由(1)得f(x)=sin, 所以g(x)=sin=sin. 因為x∈,所以x-∈, 當x-=-,即x=-時,g(x)取得最小值-. 16

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