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- 2021-06-16 发布
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第四节 函数 y=Asin(ωx+φ)的图象
及三角函数模型的简单应用
1.y=Asin (ωx+φ)的有关概念
振幅 周期 频率 相位 初相y=Asin(ωx+φ)(A>0,
ω>0,x≥0),表示一个
振动量时
A T=2π
ω f=1
T
= ω
2π ωx+φ φ
2.用五点法画 y=Asin(ωx+φ)一个周期内的简图时,要找五个关键点,如下
表所示
x
-φ
ω
π
2
-φ
ω
π-φ
ω
3
2π-φ
ω
2π-φ
ω
ωx+φ 0 π
2 π 3π
2 2π
y=Asin(ωx+φ) 0 A 0 -A 0
3.由 y=sin x 的图象变换得到 y=Asin(ωx+φ)(其中 A>0,ω>0)的图象
先平移后伸缩 先伸缩后平移
⇓ ⇓
1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)利用图象变换作图时“先平移,后伸缩”与“先伸缩,后平移”中平移
的单位长度一致.( )
(2) 将 y = 3sin 2x 的 图 象 左 移 π
4
个 单 位 后 所 得 图 象 的 解 析 式 是 y =
3sin(2x+π
4).( )
(3)函数 f(x)=Asin(ωx+φ)的图象的两个相邻对称轴间的距离为一个周
期.( )
(4)函数 y=Acos(ωx+φ)的最小正周期为 T,那么函数图象的两个相邻对称中
心之间的距离为T
2.( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
2.为了得到函数 y=sin (x+π
3)的图象,只需把函数 y=sin x 的图象上所有
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
A [把函数 y=sin x 的图象上所有的点向左平行移动π
3
个单位长度就得到函
数 y=sin (x+π
3)的图象.]
3.若函数 y=sin(ωx+φ)(ω>0)的部分图象 341 如图,则 ω=( )
图 341
A.5 B.4
C.3 D.2
B [由图象可知,T
2
=x0+π
4
-x0=π
4
,
所以 T=π
2
=2π
ω
,所以 ω=4.]
4.将函数 y=sin(2x+φ)的图象沿 x 轴向左平移π
8
个单位后,得到一个偶函数
的图象,则 φ 的一个可能取值为( )
A.3π
4
B.π
4
C.0 D.-π
4
B [把函数 y=sin(2x+φ)沿 x 轴向左平移 π
8
个单位后得到函数 y=sin 2
(x+φ
2
+π
8)=sin (2x+φ+π
4)为偶函数,则 φ 的一个可能取值是π
4.]
5.(教材改编)电流 I(单位:A)随时间 t(单位:s)变化的函数关系式是 I=5sin
(100πt+π
3),t∈[0,+∞),则电流 I 变化的初相、周期分别是________.
【导学号:51062109】
π
3
, 1
50
[由初相和周期的定义,得电流 I 变化的初相是π
3
,周期 T= 2π
100π
=
1
50.]
函数 y=Asin(ωx+φ)的图象及变换
已知函数 f(x)=3sin(1
2x-π
4),x∈R.
(1)画出函数 f(x)在一个周期的闭区间上的简图;
(2)将函数 y=sin x 的图象作怎样的变换可得到 f(x)的图象?
[解] (1)列表取值:
x π
2
3
2π 5
2π 7
2π 9
2π
1
2x-π
4 0 π
2 π 3
2π 2π
f(x) 0 3 0 -3 0
描出五个关键点并用光滑曲线连接,得到一个周期的简图.8 分
(2)先把 y=sin x 的图象向右平移π
4
个单位,然后把所有点的横坐标扩大为原
来的 2 倍,再把所有点的纵坐标扩大为原来的 3 倍,得到 f(x)的图象.15 分
[规律方法] 1.变换法作图象的关键是看 x 轴上是先平移后伸缩还是先伸缩
后平移,对于后者可利用 ωx+φ=ω (x+φ
ω)确定平移单位.
2.用“五点法”作图,关键是通过变量代换,设 z=ωx+φ,由 z 取 0,π
2
,
π,3
2π,2π 来求出相应的 x,通过列表,描点得出图象.如果在限定的区间内作
图象,还应注意端点的确定.
[变式训练 1] (1)(2016·全国卷Ⅰ)将函数 y=2sin (2x+π
6)的图象向右平移1
4
个周期后,所得图象对应的函数为( )
A.y=2sin(2x+π
4)
B.y=2sin(2x+π
3)
C.y=2sin(2x-π
4)
D.y=2sin(2x-π
3)
(2)函数 y=sin x- 3cos x 的图象可由函数 y=2sin x 的图象至少向右平移
________个单位长度得到. 【导学号:51062110】
(1)D (2)π
3
[(1)函数 y=2sin (2x+π
6)的周期为 π,将函数 y=2sin (2x+π
6)的
图 象 向 右 平 移1
4
个 周 期 即π
4
个 单 位 长 度 , 所 得 图 象 对 应 的 函 数 为 y = 2sin
[2(x-π
4)+π
6]=2sin(2x-π
3),故选 D.
(2)∵y=sin x- 3cos x=2sin(x-π
3),∴函数 y=sin x- 3cos x 的图象可由函
数 y=2sin x 的图象向右平移π
3
个单位长度得到.]
求函数 y=Asin(ωx+φ)的解析式
(1)函数 y=Asin(ωx+φ)的部分图象如图 342 所示,则( )
图 342
A.y=2sin(2x-π
6)
B.y=2sin(2x-π
3)
C.y=2sin(x+π
6)
D.y=2sin(x+π
3)
(2)已知函数 y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的最大值为 4,最小值为 0,最
小正周期为π
2
,直线 x=π
3
是其图象的一条对称轴,则下面各式中符合条件的解析
式为( )
A.y=4sin(4x+π
6)
B.y=2sin(2x+π
3)+2
C.y=2sin(4x+π
3)+2
D.y=2sin(4x+π
6)+2
(1)A (2)D [(1)由图象知T
2
=π
3
-(-π
6 )=π
2
,故 T=π,因此 ω=2π
π
=2.又图
象的一个最高点坐标为(π
3
,2),所以 A=2,且 2×π
3
+φ=2kπ+π
2(k∈Z),故 φ=2kπ
-π
6(k∈Z),结合选项可知 y=2sin(2x-π
6).故选 A.
(2)由函数 y=Asin(ωx+φ)+b 的最大值为 4,最小值为 0,可知 b=2,A=
2.由函数的最小正周期为π
2
,可知2π
ω
=π
2
,得 ω=4.由直线 x=π
3
是其图象的一条对
称轴,可知 4×π
3
+φ=kπ+π
2
,k∈Z,从而 φ=kπ-5π
6
,k∈Z,故满足题意的是 y
=2sin(4x+π
6)+2.]
[规律方法] 确定 y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的步骤和方法
(1)求 A,b:确定函数的最大值 M 和最小值 m,则 A=M-m
2
,b=M+m
2
;
(2)求 ω:确定函数的周期 T,则可得 ω=2π
T
;
(3)求 φ:常用的方法有:
①代入法:把图象上的一个已知点代入(此时 A,ω,b 已知)或代入图象与直
线 y=b 的交点求解(此时要注意交点在上升区间上还是在下降区间上).
②五点法:确定 φ 值时,往往以寻找“五点法”中的某一个点为突破口.“第
一点”(即图象上升时与 x 轴的交点)时 ωx+φ=0;“第二点”(即图象的“峰点”)
时 ωx+φ=π
2
;“第三点”(即图象下降时与 x 轴的交点)时 ωx+φ=π;“第四
点”(即图象的“谷点”)时 ωx+φ=3π
2
;“第五点”时 ωx+φ=2π.
[变式训练 2] (2017·浙江名校(镇海中学)交流卷一)函数 f(x)=Asin(ωx+φ)
(A > 0,ω > 0,|φ| <
π
2)的 部 分 图 象 如 图 343 所 示 , 则 A = ________ , ω =
________,φ=________.
图 343
1 3 π
4
[显然 A=1;周期 T=4(5π
12
-π
4)=2π
3
,则 ω=2π
T
=3;
由 sin(3 × 5π
12
+φ)=-1 和|φ|<π
2
,得 φ=π
4.]
函数 y=Asin(ωx+φ)图象与性质的
应用
已知函数 f(x)=4tan xsin(π
2
-x)·cos(x-π
3)- 3.
(1)求 f(x)的定义域与最小正周期;
(2)讨论 f(x)在区间[-π
4
,π
4]上的单调性.
[解] (1)f(x)的定义域为Error!.2 分
f(x)=4tan xcos xcos(x-π
3)- 3
=4sin xcos(x-π
3)- 3
=4sin x(1
2cos x+ 3
2 sin x)- 3
=2sin xcos x+2 3sin2x- 3
=sin 2x+ 3(1-cos 2x)- 3
=sin 2x- 3cos 2x=2sin(2x-π
3).
所以 f(x)的最小正周期 T=2π
2
=π.7 分
(2)令 z=2x-π
3
,则函数 y=2sin z 的单调递增区间是[-π
2
+2kπ,π
2
+2kπ],k∈
Z.
由-π
2
+2kπ≤2x-π
3
≤π
2
+2kπ,
得- π
12
+kπ≤x≤5π
12
+kπ,k∈Z.12 分
设 A=[-π
4
,π
4],B=xError!k∈Z,易知 A∩B=[- π
12
,π
4].
所以当 x∈[-π
4
,π
4]时,f(x)在区间[- π
12
,π
4]上单调递增,在区间[-π
4
,- π
12]
上单调递减.15 分
[规律方法] 讨论函数的单调性,研究函数的周期性、奇偶性与对称性,都
必须首先利用辅助角公式,将函数化成一个角的一种三角函数.
[变式训练 3] 设函数 f(x)= 3
2
- 3sin2ωx-sin ωxcos ωx(ω>0),且 y=f(x)
图象的一个对称中心到最近的对称轴的距离为π
4.
(1)求 ω 的值;
(2)求 f(x)在区间[π,3π
2 ]上的最大值和最小值.
[解] (1)f(x)= 3
2
- 3sin2ωx-sin ωxcos ωx
= 3
2
- 3·1-cos 2ωx
2
-1
2sin 2ωx
= 3
2 cos 2ωx-1
2sin 2ωx=-sin(2ωx-π
3).4 分
因为图象的一个对称中心到最近的对称轴的距离为π
4
,又 ω>0,所以 2π
2ω
=
4×π
4
,因此 ω=1.7 分
(2)由(1)知 f(x)=-sin(2x-π
3).9 分
当 π≤x≤3π
2
时,5π
3
≤2x-π
3
≤8π
3
,
所以- 3
2
≤sin(2x-π
3)≤1,则-1≤f(x)≤ 3
2 .13 分
故 f(x)在区间[π,3π
2 ]上的最大值和最小值分别为 3
2
,-1.15 分
三角函数模型的简单应用
某实验室一天的温度(单位:℃)随时间 t(单位:h)的变化近似满足函
数关系:f(t)=10- 3cos π
12t-sin π
12t,t∈[0,24).
(1)求实验室这一天的最大温差;
(2)若要求实验室温度不高于 11 ℃,则在哪段时间实验室需要降温?
[解] (1)因为 f(t)=10-2( 3
2 cos
π
12t+1
2sin
π
12t)
=10-2sin( π
12t+π
3),2 分
又 0≤t<24,
所以π
3
≤ π
12t+π
3
<7π
3
,-1≤sin( π
12t+π
3)≤1.4 分
当 t=2 时,sin( π
12t+π
3)=1;
当 t=14 时,sin( π
12t+π
3)=-1.
于是 f(t)在[0,24)上取得最大值 12,取得最小值 8.
故实验室这一天最高温度为 12 ℃,最低温度为 8 ℃,最大温差为 4 ℃.7 分
(2)依题意,当 f(t)>11 时实验室需要降温.
由(1)得 f(t)=10-2sin( π
12t+π
3),
故有 10-2sin( π
12t+π
3)>11,
即 sin( π
12t+π
3)<-1
2.12 分
又 0≤t<24,因此7π
6
< π
12t+π
3
<11π
6
,即 10<t<18.
故在 10 时至 18 时实验室需要降温.15 分
[规律方法] 1.三角函数模型在实际中的应用体现在两个方面:一是用已知
的模型去分析解决实际问题,二是把实际问题抽象转化成数学问题,建立三角函
数模型解决问题,其关键是合理建模.
2.建模的方法是认真审题,把问题提供的“条件”逐条地“翻译”成“数
学语言”,这个过程就是数学建模的过程.
[变式训练 4] 如图 344,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(π
6x+φ)+k.据此函数可知,这段时间水深(单位:m)的最大值为
( )
图 344
A.5 B.6 C.8 D.10
C [根据图象得函数的最小值为 2,有-3+k=2,k=5,最大值为 3+k=
8.]
[思想与方法]
1.由图象确定函数解析式
由图象确定 y=Asin(ωx+φ)时,φ 的确定是关键,尽量选择图象的最值点代
入;若选零点代入,应根据图象升降确定“五点法”作图中的第几个零点.
2.对称问题
函数 y=Asin(ωx+φ)的图象与 x 轴的每一个交点均为其对称中心,经过该图
象上坐标为(x,±A)的点与 x 轴垂直的每一条直线均为其图象的对称轴,这样的
最近两点间横坐标的差的绝对值是半个周期(或两个相邻对称中心的距离).
[易错与防范]
1.要弄清楚是平移哪个函数的图象,得到哪个函数的图象.
2.要注意平移前后两个函数的名称是否一致,若不一致,应先利用诱导公
式化为同名函数.
3.由 y=sin x 的图象变换到 y=Asin(ωx+φ)的图象,先相位变换再周期变
换(伸缩变换),平移的量是|φ|个单位;而先周期变换(伸缩变换)再相位变换,平
移的量是|φ|
ω(ω>0)个单位.原因是相位变换和周期变换都是针对 x 而言的.
4.函数 y=Asin(ωx+φ)在 x∈[m,n]上的最值可先求 t=ωx+φ 的范围,再
结合图象得出 y=Asin t 的值域.
课时分层训练(十八) 函数 y=Asin(ωx+φ)
的图象及三角函数模型的简单应用
A 组 基础达标
(建议用时:30 分钟)
一、选择题
1.为了得到函数 y=sin 3x+cos 3x 的图象,可以将函数 y= 2cos 3x 的图象
( )
A.向右平移 π
12
个单位 B.向右平移π
4
个单位
C.向左平移 π
12
个单位 D.向左平移π
4
个单位
A [由于 y=sin 3x+cos 3x= 2sin(3x+π
4),y= 2cos 3x= 2sin(3x+π
2),因
此 只 需 将 y = 2cos 3x 的 图 象 向 右 平 移 π
12
个 单 位 , 即 可 得 到 y = 2sin
[3(x- π
12)+π
2]= 2sin (3x+π
4)的图象.]
2.(2017·浙江测试卷)为得到函数 y=2sin (2x+π
4)的图象,只需将函数 y=
2cos 2x 的图象( ) 【导学号:51062111】
A.向左平移π
4
个单位
B.向右平移π
4
个单位
C.向左平移π
8
个单位
D.向右平移π
8
个单位
D [将函数 y=2cos 2x 的图象向右平移π
8
个单位,可得函数 y=2cos 2(x-π
8)
=2cos(2x-π
4)=2sin (2x+π
4)的图象.]
3.函数 f(x)=2sin(ωx+φ)(ω>0,-π
2
<φ<π
2)的部分图象如图 345 所示,
则 ω,φ 的值分别是( )
图 345
A.2,-π
3
B.2,-π
6
C.4,-π
6
D.4,π
3
A [∵T
2
=11
12π- 5
12π,∴T=π.由 T=2π
ω
=π,得 ω=2.∵5π
12
×2+φ=π
2
+2kπ,
k∈Z,∴φ=-π
3
+2kπ.又∵φ∈(-π
2
,π
2),∴φ=-π
3.]
4.已知函数 f(x)= 3sin ωx+cos ωx(ω>0),y=f(x)的图象与直线 y=2 的两
个相邻交点的距离等于 π,则 f(x)的单调递增区间是( )
A.[kπ- π
12
,kπ+5π
12],k∈Z
B.[kπ+5π
12
,kπ+11π
12 ],k∈Z
C.[kπ-π
3
,kπ+π
6],k∈Z
D.[kπ+π
6
,kπ+2π
3 ],k∈Z
C [由题设知 f(x)=2sin(ωx+π
6),f(x)的周期为 T=π,所以 ω=2,
由 2kπ-π
2
≤2x+π
6
≤2kπ+π
2
,k∈Z 得,kπ-π
3
≤x≤kπ+π
6
,k∈Z.]
5.若将函数 y=2sin 2x 的图象向左平移 π
12
个单位长度,则平移后图象的对
称轴为( )
A.x=kπ
2
-π
6(k∈Z) B.x=kπ
2
+π
6(k∈Z)
C.x=kπ
2
- π
12(k∈Z) D.x=kπ
2
+ π
12(k∈Z)
B [将函数 y=2sin 2x 的图象向左平移 π
12
个单位长度,得到函数 y=2sin2
(x+ π
12)=2sin (2x+π
6)的图象.由 2x+π
6
=kπ+π
2(k∈Z),得 x=kπ
2
+π
6(k∈Z),即平
移后图象的对称轴为 x=kπ
2
+π
6(k∈Z).]
二、填空题
6 . 若 函 数 f(x) = 3sin(ωx-π
3)(ω > 0) 的 最 小 正 周 期 为π
2
, 则 f(π
3 )=
________.
0 [由 f(x)= 3sin(ωx-π
3)(ω>0)的最小正周期为π
2
,得 ω=4,所以 f(π
3 )=
3sin(4 × π
3
-π
3)=0.]
7.已知函数 y=cos x 与 y=sin(2x+φ)(0≤φ<π),它们的图象有一个横坐标
为π
3
的交点,则 φ 的值是________.
π
6
[由题意 cos π
3
=sin(2 × π
3
+φ),
即 sin(2π
3
+φ)=1
2
,2π
3
+φ=kπ+(-1)k·π
6(k∈Z).因为 0≤φ<π,所以 φ=π
6.]
8.某城市一年中 12 个月的平均气温与月份的关系可近似地用三角函数 y=
a+Acos[π
6
(x-6)](x=1,2,3,…,12)来表示,已知 6 月份的月平均气温最高,为 28
℃,12 月份的月平均气温最低,为 18 ℃,则 10 月份的平均气温值为________
℃. 【导学号:51062112】
20.5 [依题意知,a=28+18
2
=23,A=28-18
2
=5,
∴y=23+5cos[π
6
(x-6)],
当 x=10 时,
y=23+5cos(π
6 × 4)=20.5.]
三、解答题
9.已知函数 f(x)= 2sin(2x-π
4)+1.
(1)求它的振幅、最小正周期、初相;
(2)画出函数 y=f(x)在[-π
2
,π
2]上的图象.
[解] (1)振幅为 2,最小正周期 T=π,初相为-π
4.6 分
(2)图象如图所示.
15 分
10.已知函数 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象过点 P( π
12
,0),图象上与
点 P 最近的一个最高点是 Q(π
3
,5).
(1)求函数的解析式;
(2)求函数 f(x)的递增区间. 【导学号:51062113】
[解] (1)依题意得 A=5,周期 T=4(π
3
- π
12)=π,2 分
∴ω=2π
π
=2.故 y=5sin(2x+φ),又图象过点 P( π
12
,0),4 分
∴5sin(π
6
+φ)=0,由已知可得π
6
+φ=0,∴φ=-π
6
,
∴y=5sin(2x-π
6).7 分
(2)由-π
2
+2kπ≤2x-π
6
≤π
2
+2kπ,k∈Z,
得-π
6
+kπ≤x≤π
3
+kπ,k∈Z,10 分
故函数 f(x)的递增区间为[kπ-π
6
,kπ+π
3](k∈Z).15 分
B 组 能力提升
(建议用时:15 分钟)
1.将函数 y=sin (2x-π
3)图象上的点 P (π
4
,t )向左平移 s(s>0)个单位长度得
到点 P′.若 P′位于函数 y=sin 2x 的图象上,则( )
A.t=1
2
,s 的最小值为π
6
B.t= 3
2
,s 的最小值为π
6
C.t=1
2
,s 的最小值为π
3
D.t= 3
2
,s 的最小值为π
3
A [因为点 P (π
4
,t )在函数 y=sin (2x-π
3)的图象上,所以 t=sin(2 × π
4
-π
3)
=sinπ
6
=1
2.所以 P(π
4
,1
2).将点 P 向左平移 s(s>0)个单位长度得 P′(π
4
-s,1
2).
因为 P′在函数 y=sin 2x 的图象上,所以 sin 2(π
4
-s )=1
2
,即 cos 2s=1
2
,所
以 2s=2kπ+π
3
或 2s=2kπ+5
3π,即 s=kπ+π
6
或 s=kπ+5π
6 (k∈Z),所以 s 的最小值
为π
6.]
2.若函数 y=cos 2x+ 3sin 2x+a 在[0,π
2]上有两个不同的零点,则实数 a
的取值范围为________.
(-2,-1] [由题意可知 y=2sin(2x+π
6)+a,该函数在[0,π
2]上有两个不同
的零点,即 y=-a,y=2sin (2x+π
6)在[0,π
2]上有两个不同的交点.
结合函数的图象可知 1≤-a<2,所以-2<a≤-1.]
3.函数 f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π
2)的部分图象如图 346 所
示.
图 346
(1)求 f(x)的解析式;
(2)设 g(x)=[f(x- π
12)]2,
求函数 g(x)在 x∈[-π
6
,π
3]上的最大值,并确定此时 x 的值.
[解] (1)由题图知 A=2,T
4
=π
3
,则2π
ω
=4×π
3
,2 分
∴ω=3
2.
又 f(-π
6 )=2sin[3
2 × (-π
6 )+φ]
=2sin(-π
4
+φ)=0,
∴sin(φ-π
4)=0.4 分
∵0<φ<π
2
,
∴-π
4
<φ-π
4
<π
4
,
∴φ-π
4
=0,即 φ=π
4
,
∴f(x)的解析式为 f(x)=2sin(3
2x+π
4).7 分
(2)由(1)可得 f(x- π
12)=2sin[3
2(x- π
12)+π
4]
=2sin(3
2x+π
8),10 分
∴g(x)=[f(x- π
12)]2=4×
1-cos(3x+π
4)
2
=2-2cos(3x+π
4).12 分
∵x∈[-π
6
,π
3],∴-π
4
≤3x+π
4
≤5π
4
,
∴当 3x+π
4
=π,即 x=π
4
时,g(x)max=4.15 分