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- 2021-06-30 发布
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第六章:三角函数
6、1 正弦函数和余弦函数的图像与性质
一、正弦函数与余弦函数的定义:
在建立弧度制以后,任意一个实数都对应唯一确定的角,而这个角又对应唯一确定的正弦值(或余弦值)。这样,对于任意一个实数,都有唯一的值(或)与它对应。我们把(或)叫做正弦函数(或余弦函数)。
二、正弦函数与余弦函数的图像:
.
.
.
.
.
利用三角函数线和描点法。可以得到函数,的图像。
O
因为,所以函数当的图像与,的图像的形状完全一样,只是位置不同,因此只要将函数,的图像向左(或右)分别平移、、、这样就可以得到函数,的图像。
O
怎样作余弦函数的图像?由诱导公式:,因此,只须将函数的图像向左平移个单位,即可得到函数的图像。
正弦函数、余弦函数的图像通常称为正弦曲线与余弦曲线。
三、正弦函数、余弦函数的性质
1、正弦函数、余弦函数的定义域和值域:
,的定义域均为,值域均为。
的最大值为,此时;
最小值为,此时。
的最大值为,此时;
最小值为,此时 。
例1:求下列函数的定义域:
(1);
(2);
(3);
(4)。
解:(1)要使函数有意义,则,即,
根据三角函数线得到:,
即此函数的定义域为:
(2)由题意:,则,得,
由得。
在数轴上标出解集可知:或。
所以此函数的定义域为。
(3)。
(4)。
例2:求下列函数的值域:
(1); (2);
(3); (4);
(5)。
解:(1)因为,所以此函数的值域为;
(2)因为且,所以此函数的值域为。
(3)因为,
又,所以此函数的值域为。
(4)方法一:由,得,
当时,得,
因为,所以,解得;
当时,函数式不成立,所以,此函数的值为。
方法二:因为,,
所以,则,所以所求的值域为。
(5)由,得,即,
由辅助角公式知:,即,
因为,所以,解得:。
即此函数的值域为。
本例还可以利用万能公式求解:
设,则,,
再用“△”法或基本不等式都可以求解。
例3:求下列函数的最大值与最小值,并求取得最值时的值。
(1);
(2);
(3);
(4)。
解:(1)因为,当时,
,即时,;
当时,,
即时,。
(2)因为,
则当,即时,,
当,即时,。
(3)因为 ,
所以函数的值域为.
(4)设,则,
则,由,
所以当时,,
此时,即,
,或;
当时,,此时,
即,。
综上:,或时,;
时,。
例4:A
B
C
D
如图:矩形的四个顶点分别在矩形的四条边上,。如果与的夹角为。
(1)当为何值时,矩形的周长最大?
(2)当为何值时,矩形的面积最大?
解:由题意可知:,
所以,。
(1)矩形的周长为
=。
因为,所以当时,矩形的周长最大,
最大值为。
(2)矩形的面积
=。
当,即时,矩形面积的最大值为。
2、正弦函数与余弦函数的周期性
周期函数的定义:
一般地,对于函数,如果存在一个非零的常数,使得当取定义域内任意值时,都有成立,那么函数叫做周期函数,常数叫做函数的周期。
最小正周期的定义:
对于一个周期函数来说,如果在所有周期中存在一个最小的正数,那么这个最小的正数就叫做函数的最小正周期。
函数与的周期:
因为。知正弦函数与余弦函数都是周期函数,且是它们的周期。在这些周期中,是它的最小正周期。
求函数的周期,若不作特别说明,一般都是指它们的最小正周期。
例5:等式是否成立?若成立,能否说明是函数的周期?说明理由。
解:因为,,所以等式
能成立。但不是函数的周期,这是因为不是对于函数定义域中的任意实数都成立。如时,此式不成立。
例6:求下列函数的最小正周期:
(1); (2);
(3); (4);
(5) ; (6);
(7)。
解:(1); (2); (3); (4);
(5); (6); (7)。
说明:函数的周期为。
3、正弦函数与余弦函数的奇偶性和对称性:
在上是奇函数,在上是偶函数。
正弦函数的图像关于直线对称,
关于点成中心对称;
余弦函数的图像关于直线对称,
关于点成中心对称。
从正弦函数与余弦函数的图像上可以看出:正弦函数与余弦函数的图像的对称轴是经过此图像上的最高点(或最低点)与轴垂直的直线,其对称中心是其图像与轴的交点。
例7:作函数的图像,根据图像确定函数是否是周期函数。
解:,它的图像关于轴对称。
从图像上可以看出:函数不是周期函数,因为在的图像没有其它区间的图像与之相同。
例8:判断下列函数奇偶性,并说明理由。
(1); (2);
(3); (4);
(5)。
解:(1)奇; (2)偶; (3)非奇非偶; (4)奇;
(5)函数的定义域满足:,
即,,
且,
故此函数的定义域不关于原点对称,
所以此函数既不是奇函数也不是偶函数。
例9:写出函数的对称轴方程与对称中心的坐标。
解:对称轴方程为;
对称中心坐标为。
例10:已知函数。
(1)求此函数为奇函数的充要条件;
(2)求此函数为偶函数的充要条件。
解:(1);(2)。
例11:已知函数
(1)若函数图像关于直线对称,求的值;
(2)若函数图像关于点对称,求的值。
解:(1);(2)。
4、正弦函数与余弦函数的单调性:
正弦函数的单调性:
观察正弦函数的图像:
O
正弦函数在闭区间上是增函数;
在闭区间上是减函数。
这个变化趋势也可以从单位圆上看出。
余弦函数的单调性:
O
观察余弦函数的图像:
余弦函数在闭区间上是增函数;
在闭区间上是减函数。
例12:求下列函数的单调递增区间:
(1); (2);
(3); (4)。
解:(1)由,得:,
所以单调递增区间为。
(2)由,得:,
所以单调递增区间为。
(3)因为,
所以的单调递增区间即为的单调递减区间。
由,得:,
所以函数的单调递增区间为。
(4)因为,
则函数的单调递增区间满足:且递增。
所以,解得:,
所以函数的单调递增区间为。
例13:求函数在内的单调递增区间。
解:因为,
在实数集上,函数的单调递增区间为,
又由,所以函数的单调递增区间为。
说明:求函数在特定范围内的单调区间问题,可以先求出此函数在R上的单调区间再与所给范围取交集。也可以根据给定的范围,利用函数的图像来确定。
如本例还可以这样求解:
因为,当时,,
由正弦函数的单调性知,当,即时,
函数单调递增,
所以函数的单调递增区间为。
作业研究:
1、求下列函数的定义域:
(1); (2)。
2、函数的定义域为______;
3、已知函数的最大值为,最小值为,则函数的值域为_______;
4、求下列函数的最大值与最小值:
(1); (2)。
5、求下列函数的值域:
(1); (2)。
6、已知函数。
(1)若方程有实数解,求实数的取值范围;
(2)当时,有,求实数的取值范围。
1、若函数的周期为,则实数的值为______;
2、函数的周期为______;
3、若函数的最小正周期是函数的最小正周期的倍,则实数的值为______;
4、求下列函数的周期:
(1);
(2);
(3)。
5、设函数的最小正周期为,若,求实数的取值范围。
6、已知函数。
(1)求此函数的最小正周期;
(2)求使函数取得最大值时的的集合。
7*、设函数。
(1)写出函数的最大值M,最小值与最小正周期;
(2)若此函数当自变量在任意两个整数之间(包括整数本身)变化时,函数至少有一个最大值M与最小值,求正整数的最小值。
8*、已知函数是定义在上的奇函数,且是最小正周期为的周期函数,若,求与的值。
1、在同一坐标系内分别作出与的图像,并根据图像回答下列问题:
(1)与的图像的交点个数为__个;
(2)满足的的取值范围是____;
2、函数的图像与直线所围成的封闭图形的面积____;
3、已知函数的图像关于轴对称,且其图像在
轴右边与原点距离最近的对称中心的坐标为,试确定与的值。
4、函数的单调递减区间为_________;
5、函数的奇偶性是___,单调增区间为____;
6、函数的单调增区间为______;
7、函数的单调递增区间为______;
8、若函数满足,则____;
9、已知定义在上的奇函数满足:当时,则此函数的解析式为_____。
10、下列四个函数中,以为最小正周期,且在区间上递减的函数是( )
A、; B、;
C、; D、。
11、判断下列函数的奇偶性,并说明理由:
(1);
(2)。
(3);
(4)。
12、求下列函数的单调递增区间
(1); (2)。
13、已知函数,试判断在区间上的单调性,并说明理由。
14、试研究函数的定义域、值域、单调性、奇偶性、周期性。
6、2 正切函数的图像与性质
一、正切函数的概念与图像:
1、正切函数的概念:
对于任意一个实数都有唯一确定的值与它对应。叫做正切函数。
正切函数的定义域:。
2、正切函数的图像:
先利用单位圆作的图像,再平移作出定义域上的图像。
正切函数的定义域是,它的图像是由无数多支曲线组成的,它们被直线所隔开。
二、正切函数的性质:
1、正切函数的周期性:
由诱导公式:,可知,正切函数是周期函数,是它的周期,是它的最正周期。
一般地:函数的周期是。
2、正切函数的奇偶性:
因为对于正切函数定义域内的任意一个变量,成立,所以正切函数是奇函数。
3、正切函数的单调性:
正切函数在区间上是增函数,没有单调递减区间。虽然正切函数没有单调递减区间,但不能说正切函数在定义域内是增函数。
4、正切函数的值域:
正切函数的值域是,它不存在最大值,也不存在最小值。
例1:已知函数。
(1)求此函数的定义域、周期、单调区间;
(2)求函数在区间上的值域。
解:(1)因为,所以。
即函数的定义域为。
因为
,
所以函数的周期是。
由,得,
所以函数的单调递增区间为。
(2)当时,,函数在区间上是增函数,所以函数在区间上的值域为。
例2:求下列函数的定义域:
(1); (2)。
解:(1)此函数的定义域满足:
即且。
所以函数的定义域为:
且,。
(2)此函数的定义域满足:,即,
所以,则,
得或,则或。
即函数的定义域为:
或。
说明:求函数的定义域特别注意正切函数自身的定义域,这是在求定义域中最容易遗忘的。
例3:判断函数的奇偶性。
解:由,得或,故此函数的定义域为:
。
所以其定义域关于原点对称。
所以函数是奇函数。
说明:判断函数的奇偶性,首先要考虑函数的定义域。
例4*:函数是否是周期函数?若是求出此函数的最小正周期,若不是请说明理由。
解:此函数的定义域满足:且。
所以函数的定义域为且,
在定义域内,函数可化为:
=。
因为函数的定义域是且,
所以函数的周期是。
说明:注意此函数的定义域区间的周期是,所以函数的周期是。
作业研究
1、函数的定义域为_______;
2、函数的值域为_______;
3、函数的单调递增区间为________;
4、给出下列命题:
(1)函数的最小正周期是;(2)函数在定义域内是增函数;(3)函数与函数都是奇函数。
其中正确的命题是_______;
5、函数的一个对称中心是( )
A、; B、; C、; D、。
6、如果,且,那么必有( )
A、; B、; C、; D、。
7、已知函数。
(1)求函数的定义域;
(2)判断函数的奇偶性,并说明理由。
8、求函数的值域。
9、已知函数。
(1)求函数的定义域;
(2)判断函数的奇偶性;
(3)指出函数的最小正周期及单调区间。
6、3 函数的图像和性质
一、在函数中,
——振幅, ——角速度, ——周期,
——频率, ——相位, ——初相。
二、“五点法”作图和已知图像求解析式
例1:用五点法作函数在一个周期上的图像,
并说明该函数图像由的图像经过怎样变换得到。
例2:如图是函数的图像的一部分,请根据图中信息写出此函数的解析式。
解:由图:函数的最大值与最小值分别是与,所以,
其周期为,所以。则。
又当时,函数最大值为,则,
由,得。
所以所求函数解析式为:。
说明:由函数图像确定函数解析式分三步:
(1)由最值确定振幅;(2)根据周期确定;(3)根据特殊点(最值点)确定初相。
例3:已知函数的图像在同一周期中的最高点坐标为,最低点的坐标为,求函数的解析式。
解:由题意:,所以,则。又,所以,则,即。所以。根据图像经过最高点,所以,则,因为,所以。即所求函数的解析式为:。
三、图像变换:函数图像与函数图像之间的关系。
四、函数
的性质:对称轴、对称中心、周期、单调性等。
例4:已知函数。
(1)求函数的最小正周期和单调增区间;
(2)函数的图像由的图像经过怎样变换得到?
(3)写出此函数图形的对称轴方程、对称中心坐标。
解:(1), ,增区间。
(2)向左平移,向上平移。
(3) 对称轴方程,对称中心。
例5:已知函数 。
(1)求函数定义域;
(2)求单调增区间;
(3)求最小正周期;
(4) 求函数最值及相应的值。
解:(1)
(2)增区间
(3);
(4)。
例6:已知关于的方程,其中,
试对的取值讨论方程解的个数。
解:数形结合, 或时,一解;
时,两解; 或 时,无解。
例7:已知函数是上的偶函数,
其图像关于点对称,且在上是单调函数,求和的值。
解:,或。
作业研究:
1、若函数的最大值为,最小值为,则__,___;
2、函数的最小正周期为____、对称轴方程为_____、
对称中心坐标为______、单调递增区间为______;
3、已知函数在同一周期内,当时,,当时,,则此函数的解析式为_______;
4、若函数在区间上是增函数,则正实数的取值范围是___;
5、已知函数在处取得最小值,则函数满足( )
A、是偶函数,其图像关于点对称;
B、是偶函数,其图像关于点对称;
C、是奇函数,其图像关于点对称;
D、是奇函数,其图像关于点对称。
6、已知函数。求此函数的:
(1)振幅; (2)周期; (3)初相; (4)单调递减区间。
7、已知。
(1)若,求的值; (2)求函数的值域。
8、设函数(其中,且的图像在轴右侧的第一个最高点的横坐标为。
(1)求的值;
(2)如果函数在区间上的最小值为,求的值。
9、四边形ABCD中,已知,D是以AB为直径的圆上的点,且CD是该圆的切线。
(1)用表示四边形ABCD的面积;
(2)当为何值时,四边形ABCD的面积最大?最大面积是多少?
6、4 反三角函数
一、反正弦函数
1、反正弦函数的定义
函数的反函数叫做反正弦函数。记作:
。
它的值域为。
反正弦的意义:
反正弦表示在上的一个角,这个角的正弦值为。
2、反正弦函数的图像:
根据互为反函数的两个函数之间的关系,函数的图像关于直线对称的图像,即是反正弦函数的图像。
1
3、反正弦函数的性质:
(1),;
(2)奇函数,。
(3)在区间上是增函数;
(4)与反正弦相关的两个等式:
对于,;
对于,。
例1:求下列各式的值:
(1); (2);
(3); (4);
(5)。
解:(1);
(2);
(3)。
(4)。
(5)设,
则且,所以。
则
。
例2:用反正弦函数值的形式表示下列各式中的:
(1); (2);
(3); (4)。
解:(1);
(2);
(3)或。
(4)或。
例3:求下列函数的反函数:
(1); (2)。
解:(1)。
(2)。
例4:求下列不等式中的范围。
(1);
(2)
解:(1);
(2) ,解得,
所以此不等式的解集为。
二、反余弦函数
1、反余弦函数的定义
函数的反函数叫做反余弦函数,记作:。
反余弦函数的意义:
反余弦函数表示在上的一个角,这个角的余弦值为。
2、反余弦函数的图像
根据互为反函数的图像关系,可以作出反余弦函数的图像(如图)。
3、反余弦函数的性质:
(1),;
(2)非奇非偶函数,,。
(3)在区间上是减函数;
(4)与反正弦相关的两个等式:
对于,;
对于,。
二、反正切函数的概念与性质:
1、反正切函数的定义
函数的反函数叫做反正切函数,记作:。
反正切函数的意义:
表示在上的一个角,这个角的正切值为。
2、反正切函数的图像
3、反正切函数的性质
(1),;
(2)奇函数,;
(3)在上是增函数;
(4)与反正切相关的两个等式:
对于,;
对于,。
例5:求下列各式的值:
(1); (2);
(3); (4);
(5); (6)。
解:(1);
(2);
(3);;
(4);
(5)设,
则且,所以。
且,所以。
那么=。
(6)。
例6:用反三角函数值的形式表示下列各式中的:
(1);
(2);
解:(1) ; (2)。
例7:求证:。
例8:已知方程的两根分别为,求的值。
解:设,则。
由一元二次方程根与系数的关系:,
所以,则,那么。
,所以。
即。
作业研究:
1、函数的定义域为______、值域为______;
2、函数的反函数为________;
3、函数的定义域为______、值域为_______;
4、若,则函数的值域为_______;
5、函数的定义域为_______、值域为______;
6、若,则实数的取值范围为( )
A、; B、; C、; D、。
7、函数的反函数为( )
A、; B、;
C、; D、。
8、函数是( )
A、奇函数; B、偶函数;
C、既是奇函数又是偶函数; D、既不是奇函数也不是偶函数。
9、若,则的结果为( )
A、; B、; C、; D、。
10、求下列各式的值:
(1); (2)。
(3); (4)。
11、用反正弦表示下列各式中的:
(1); (2)。
12、求函数的定义域与值域。
13、已知,求实数的值。
14、求下列函数的反函数:
(1); (2)。
15、若实数满足,求实数的取值范围。
16、(1)计算:;;;;的值(可以利用计算器);
(2)根据(1)的结果,你能否归纳出一个一般性的结论,并说明结论的正确性。
6、5 最简三角方程
一、三角方程的概念:
1、三角方程与三角方程的解集:
含有未知数的三角函数的方程叫做三角方程,满足三角方程的所有变量的集合叫做三角方程的解集。
2、最简三角方程:
形如的方程叫做最简三角方程。
二、最简三角方程的解集
1、最简三角方程的解集:
例1:求下列方程的解集:
(1); (2); (3)。
解:(1)或;
(2)或;
(3)当时,方程的解集为;
当时,的解集为;
当时,的解集为;
当时,的解集为
或。
此解集也可以写成:。
2、最简方程的解集
例2:求下列方程的解集:
(1); (2); (3)。
解:(1);
(2);
(3)当时,方程的解集为;
当时,的解集为;
当时,的解集为;
当时,方程的解集为。
3、最简方程的解集
例3:求下列方程的解集:
(1); (2); (3)。
解:(1);
(2);
(3)。
三、简单三角方程的解:
例4:求下列方程的解集:
(1); (2);
(3); (4);
(5); (6);
(7)。
解:(1),解集为;
(2),则,解得:,
所以解集为;
(3),那么,
所以解集为。
(4)由解得或(舍去),
由得,
所以解集为。
(5)由得,,则。
所以解集为。
(6)由得,即,
或。
所以解集为或
(7)由得,,则,
所以或,由,得,
由,得或。
所以解集为或或。
如问题(7)还可以这样解:
由,得,
则或,
则或。
则解集为:或。
例5:求下列方程的解集
(1);
(2);
(3);
(4)。
解:(1)万能或辅助角公式。或;
(2)化为齐次或辅助角公式。或;
(3)同名异角。;
(4)换元。。
作业研究:
1、方程的解集为___________;
2、方程的解集为________;
3、方程在区间上的解集为________;
4、的解集为________;
5、若关于的方程的解集不是,则实数的取值范围是_____;
6、方程的解的个数有( )
A、1个; B、2个; C、3个; D、4个。
7、设是满足方程的最小正数,
则的值为( )
A、; B、; C、; D、。
8、写出下列三角方程的解集:
(1); (2)。
9、解下列方程:
(1);
(2);
(3);
(4);
(5);
(6)。
10、已知方程:在区间上有一解,二解,无解,求相应的的取值范围。
11、设集合,是否存在实数与的值,使得?说明理由。
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