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- 2021-06-30 发布
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文数
课标
版
第四节 函数
y=Asin(ωx+φ)
的图象及应用
1.用“五点法”画
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)(
A
,
ω
≠
0)在一个周期内的简图
用五点法画
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)(
A
,
ω
≠
0)在一个周期内的简图时,一般先列表,
后描点,连线,其中所列表如下:
教材研读
2.由函数
y
=sin
x
的图象通过变换得到
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)(
A
>0,
ω
>0,
φ
≠
0)的图
象的步骤
3.函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)(
A
>0,
ω
>0,
x
∈[0,+
∞
))的物理意义
(1)振幅为
A
.
(2)周期
T
=
.
(3)频率
f
=
=
.
(4)相位是
ωx
+
φ
.
(5)初相是
φ
.
注:本节关于函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)的一些方法与结论可类比推理到
y
=
A
cos
(
ωx
+
φ
)及
y
=
A
tan(
ωx
+
φ
).
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
移的长度一致.
(
×
)
(2)
y
=sin
的图象是由
y
=sin
的图象向右平移
个单位得到
的.
(√)
(3)函数
f
(
x
)=
A
sin(
ωx
+
φ
)的图象的两条相邻对称轴间的距离为一个周期.
(
×
)
(4)函数
y
=
A
cos(
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
.
(√)
1.
y
=2sin
的振幅、频率和初相分别为
( )
A.2,
,-
B.2,
,-
C.2,
,-
D.2,
,-
答案
A 由振幅、频率和初相的定义可知,函数
y
=2sin
的振幅
为2,频率为
,初相为-
.
2.(2016课标全国Ⅰ,6,5分)将函数
y
=2sin
的图象向右平移
个周
期后,所得图象对应的函数为
( )
A.
y
=2sin
B.
y
=2sin
C.
y
=2sin
D.
y
=2sin
答案
D 该函数的周期为π,将其图象向右平移
个单位后,得到的图
象对应的函数为
y
=2sin
=2sin
,故选D.
3.(2016四川,4,5分)为了得到函数
y
=sin
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
个单位长度
B.向右平行移动
个单位长度
C.向上平行移动
个单位长度
D.向下平行移动
个单位长度
答案
A 根据“左加右减”的原则可知,把函数
y
=sin
x
的图象上所有
的点向左平行移动
个单位长度可得
y
=sin
的图象.故选A.
4.把
y
=sin
x
的图象上所有点的横坐标变为原来的2倍(纵坐标不变)得
到
y
=sin
ωx
的图象,则
ω
的值为
.
答案
解析
由题意得
ω
=
×
=
.
5.已知函数
f
(
x
)=sin(
ωx
+
φ
)(
ω
>0)的图象如图所示,则
ω
=
.
答案
解析
由题图可知,
=
-
=
,
即
T
=
,所以
=
,
故
ω
=
.
6.用五点法作函数
y
=sin
在一个周期内的图象时,主要确定的五个
点是
、
、
、
、
.
答案
;
;
;
;
解析
分别令
x
-
=0,
,π,
π,2π,即可得五个点的横坐标(纵坐标分别为
0,1,0,-1,0).
考点一 函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)的图象及变换
典例1
某同学用“五点法”画函数
f
(
x
)=
A
sin(
ωx
+
φ
)
在某
一个周期内的图象时,列表并填入了部分数据,如下表:
考点突破
ωx
+
φ
0
π
2π
x
A
sin(
ωx
+
φ
)
0
5
-5
0
(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
)图象上所有点向左平行移动
个单位长度,得到
y
=
g
(
x
)的图
象,求
y
=
g
(
x
)的图象离原点
O
最近的对称中心;
(3)说明函数
f
(
x
)的图象是由
y
=sin
x
的图象经过怎样的变换得到的.
ωx
+
φ
0
π
2π
x
A
sin(
ωx
+
φ
)
0
5
0
-5
0
解析
(1)根据表中已知数据,解得
A
=5,
ω
=2,
φ
=-
,数据补全如下表:
且函数解析式为
f
(
x
)=5sin
.
(2)由(1)知
f
(
x
)=5sin
,
因此
g
(
x
)=5sin
=5sin
.
因为
y
=sin
x
图象的对称中心为(
k
π,0),
k
∈Z,
则
y
=
g
(
x
)图象的对称中心为
,
k
∈Z,
其中离原点
O
最近的对称中心为
.
(3)把
y
=sin
x
的图象上所有的点向右平移
个单位长度,得到
y
=sin
的图象,再把
y
=sin
的图象上的点的横坐标缩短到原来的
(纵坐标不变),得到
y
=sin
的图象,最后把
y
=sin
的图象
上所有点的纵坐标伸长到原来的5倍(横坐标不变),即可得到
f
(
x
)=
5sin
的图象.
1.由
y
=sin
ωx
到
y
=sin(
ωx
+
φ
)的变换:向左平移
(
ω
>0,
φ
>0)个单位长度而
非
φ
个单位长度.
易错警示
2.平移前后两个函数的名称如果不一致,应先利用诱导公式化为同名函
数,
ω
为负时应先变成正值.
1-1
(2016课标全国Ⅱ,7,5分)若将函数
y
=2sin 2
x
的图象向左平移
个
单位长度,则平移后图象的对称轴为
( )
A.
x
=
-
(
k
∈Z) B.
x
=
+
(
k
∈Z)
C.
x
=
-
(
k
∈Z) D.
x
=
+
(
k
∈Z)
答案
B 将函数
y
=2sin 2
x
的图象向左平移
个单位长度得到函数
y
=
2sin
=2sin
的图象,由2
x
+
=
k
π+
(
k
∈Z),可得
x
=
+
(
k
∈Z).则平移后图象的对称轴为
x
=
+
(
k
∈Z),故选B.
1-2
(2016课标全国Ⅲ,14,5分)函数
y
=sin
x
-
cos
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.
答案
解析
函数
y
=sin
x
-
cos
x
=2sin
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.
1-3
函数
y
=cos(2
x
+
φ
)(-π
≤
φ
<π)的图象向右平移
个单位后,与函数
y
=
sin
的图象重合,则
φ
=
.
答案
解析
将
y
=cos(2
x
+
φ
)的图象向右平移
个单位后得到
y
=cos
的图象,化简得
y
=-cos(2
x
+
φ
),又可变形为
y
=sin
.
由题意可知
φ
-
=
+2
k
π(
k
∈Z),所以
φ
=
+2
k
π(
k
∈Z),结合-π
≤
φ
<π知,
φ
=
.
考点二 由图象求函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)+
k
的解析式
典例2
(2016课标全国Ⅱ,3,5分)函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)的部分图象如图所
示,则
( )
A.
y
=2sin
B.
y
=2sin
C.
y
=2sin
D.
y
=2sin
答案
A
解析
由题图可知
A
=2,
=
-
=
,则
T
=π,所以
ω
=2,则
y
=2sin(2
x
+
φ
),
因为题图经过点
,所以2sin
=2,所以
+
φ
=2
k
π+
,
k
∈Z,
即
φ
=2
k
π-
,
k
∈Z,当
k
=0时,
φ
=-
,
所以
y
=2sin
,故选A.
方法技巧
根据函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)+
k
(
A
>0,
ω
>0)的图象求其解析式时,主要从以下
四个方面来考虑:
(1)
A
的确定:根据图象的最高点和最低点,即
A
=
;
(2)
k
的确定:根据图象的最高点和最低点,即
k
=
;
(3)
ω
的确定:利用图象先求出周期
T
,然后由
T
=
(
ω
>0)来确定
ω
;
(4)
φ
的确定:由函数图象的特殊点得到关于
φ
的方程,结合
φ
的范围确定
φ
.
2-1
(2016河北石家庄模拟)函数
f
(
x
)=
A
sin(
ωx
+
φ
)
的
部分图象如图所示,则
f
的值为
( )
A.-
B.-
C.-
D.-1
答案
D 由图象可得
A
=
,最小正周期
T
=4
×
=π,则
ω
=
=2.
又
f
=
sin
=-
,结合|
φ
|<
,得
φ
=
,则
f
(
x
)=
sin
,
f
=
sin
=
sin
=-1,故选D.
2-2 已知函数
f
(
x
)=
A
cos(
ωx
+
φ
)
的图象如图所示,
f
=-
,则
f
=
( )
A.-
B.-
C.
D.
答案
A 由题图知
=
-
=
,
∴
T
=
,即
ω
=3,
当
x
=
时,
y
=0,
即3
×
+
φ
=2
k
π-
,
k
∈Z,
∴
φ
=2
k
π-
,
k
∈Z,
令
k
=1,则
φ
=-
,
∴
f
(
x
)=
A
cos
.
由题图可知,函数图象过点
,
即
A
cos
=-
,得
A
=
,
∴
f
(
x
)=
cos
,
故
f
=
cos
=-
.
考点三 函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)的图象与性质的综合应用
典例3
已知函数
f
(
x
)=
A
sin(
ωx
+
φ
)
的最大值为2,最小
正周期为π,直线
x
=
是其图象的一条对称轴.
(1)求函数
f
(
x
)的解析式;
(2)求函数
g
(
x
)=
f
-
f
的单调递增区间.
解析
(1)由题意,得
A
=2,
ω
=
=2,
又直线
x
=
是
f
(
x
)的图象的一条对称轴,
∴2sin
=
±
2,
∴sin
=
±
1,
∴
+
φ
=
k
π+
(
k
∈Z),
解得
φ
=
k
π+
(
k
∈Z),又0<
φ
<
,∴
φ
=
.
故
f
(
x
)=2sin
.
(2)
g
(
x
)=2sin
-2sin
=2sin 2
x
-2sin
=2sin 2
x
-2
=sin 2
x
-
cos 2
x
=2sin
.
令2
k
π-
≤
2
x
-
≤
2
k
π+
,
k
∈Z,
得
k
π-
≤
x
≤
k
π+
,
k
∈Z.
所以函数
g
(
x
)的单调递增区间是
,
k
∈Z.
规律总结
函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)(
A
>0,
ω
>0)的常用性质
(1)奇偶性:当
φ
=
k
π(
k
∈Z)时,函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)为奇函数;当
φ
=
k
π+
(
k
∈
Z)时,函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)为偶函数.
(2)周期性:函数
y
=
A
sin(
ωx
+
φ
)(
A
>0,
ω
>0)具有周期性,其最小正周期为
T
=
.
(3)单调性:根据
y
=sin
x
的单调性来研究,由-
+2
k
π
≤
ωx
+
φ
≤
+2
k
π,
k
∈Z
得单调增区间;由
+2
k
π
≤
ωx
+
φ
≤
+2
k
π,
k
∈Z得单调减区间.
(4)对称性:利用
y
=sin
x
的对称性来研究,由
ωx
+
φ
=
k
π(
k
∈Z)求得对称中心
的横坐标;由
ωx
+
φ
=
k
π+
(
k
∈Z)得对称轴方程.
3-1
已知函数
f
(
x
)=
sin(
ωx
+
φ
)
的图象关于直线
x
=
对称,且图象上相邻两个最高点的距离为π.
(1)求
ω
和
φ
的值;
(2)当
x
∈
时,求函数
y
=
f
(
x
)的最大值和最小值.
解析
(1)因为
f
(
x
)的图象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
=
=2.
又因为
f
(
x
)的图象关于直线
x
=
对称,
所以2·
+
φ
=
k
π+
,
k
∈Z,故
φ
=
k
π-
,
k
∈Z,
由-
≤
φ
<
得
k
=0,
φ
=-
.
综上,
ω
=2,
φ
=-
.
(2)由(1)知
f
(
x
)=
sin
,
当
x
∈
时,-
≤
2
x
-
≤
,
∴当2
x
-
=
,即
x
=
时,
f
(
x
)
最大
=
;
当2
x
-
=-
,即
x
=0时,
f
(
x
)
最小
=-
.
考点四 三角函数模型的简单应用
典例4
下图为一个缆车的示意图,该缆车半径为4.8米,圆上最低点与地
面距离为0.8米,且60秒转动一圈,图中
OA
与地面垂直,以
OA
为始边,逆时
针转动
θ
角到
OB
,设
B
点与地面间的距离为
h
.
(1)求
h
与
θ
间关系的函数解析式;
(2)设从
OA
开始转动,经过
t
秒后到达
OB
,求
h
与
t
之间的函数关系式,并求
缆车到达最高点时用的最少时间.
解析 (1)以圆心
O
为原点,建立如图所示的平面直角坐标系,则以
Ox
为
始边,
OB
为终边的角为
θ
-
,故点
B
的坐标为
,
∴
h
=5.6+4.8sin
.
(2)点
A
在圆上转动的角速度是
=
弧度/秒,故
t
秒转过的弧度数为
t
,
∴
h
=5.6+4.8sin
,
t
∈[0,+
∞
).
到达最高点时,
h
=10.4米,
故sin
=1,所以
t
-
=
+2
k
π(
k
∈Z),
∴
t
min
=30,
∴缆车到达最高点时,用的最少时间为30秒.
方法技巧
解三角函数应用问题的基本步骤
4-1
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-
cos
t
-sin
t
,
t
∈[0,24).
则实验室这一天的最大温差为
.
答案
4 ℃
解析
f
(
t
)=10-2
cos
t
+
sin
t
=10-2sin
,因为0
≤
t
<24,
所以
≤
t
+
<
,
所以-1
≤
sin
≤
1.
于是
f
(
t
)在[0,24)上的最大值为12,最小值为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 ℃.
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