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- 2021-06-11 发布
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专题11 三角函数的图像与性质中的易错点
一.学习目标
1.理解三角函数的定义域、值域和最值、奇偶性、单调性与周期性、对称性.
2.会判断简单三角函数的奇偶性,会求简单三角函数的定义域、值域、最值、单调区间及周期.
3.理解三角函数的对称性,并能应用它们解决一些问题.
二.方法总结
1.三角函数奇偶性的判断与其他函数奇偶性的判断步骤一致:
(1)首先看定义域是否关于原点对称;
(2)在满足(1)后,再看f(-x)与f(x)的关系.
另外三角函数中的奇函数一般可化为y=Asin ωx或y=Atan ωx,偶函数一般可化为y=Acos ωx+b的形式.
2.三角函数的单调性
(1)函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的单调区间的确定,其基本思想是把ωx+φ看作一个整体,比如:由2kπ-≤ωx+φ≤2kπ+(k∈Z)解出x的范围,所得区间即为增区间.
若函数y=Asin(ωx+φ)中A>0,ω<0,可用诱导公式将函数变为y=-Asin(-ωx-φ),则y=Asin(-ωx-φ)的增区间为原函数的减区间,减区间为原函数的增区间.
对函数y=Acos(ωx+φ),y=Atan(ωx+φ)等单调性的讨论同上.
(2)三角函数单调性的应用主要有比较三角函数值的大小,而比较三角函数值大小的一般步骤:①先判断正负;②利用奇偶性或周期性转化为属于同一单调区间上的两个同名函数;③再利用单调性比较.
3.求三角函数的最值常见类型:
(1)y=Asin(ωx+φ)+B或y=Atan(ωx+φ)+B,
(2)y=A(sin x-a)2+B,
(3)y=a(sin x±cos x)+bsin xcos x(其中A,B,a,b∈R,A≠0,a≠0).
三.函数图象与性质需要掌握的题型
(一)三角函数图象平移
(二)三角函数的零点
(三)函数的单调性
(四)函数的解析式
(五)三角函数图象综合
(六)三角函数的奇偶性
(七)三角函数的对称性
(八)三角函数的最值
(九)三角函数与数列的综合
(十)三角函数的周期性
四.典例分析
(一)三角函数图象平移
例1.为了得到函数的图象,只需将函数图象上所有的点( )
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.向左平行移动个单位长度 D.向右平行移动个单位长度
【答案】B
【点睛】本题考查的是三角函数的平移问题,首先保证三角函数同名,不是同名通过诱导公式化为同名,在平移中符合左加右减的原则,在写解析式时保证要将x的系数提出来,针对x本身进行加减和伸缩.
练习1.为了得到的图像,只需把函数的图像( )
A.向左平移个单位长度 B.向右平移个单位长度
C.向左平移个单位长度 D.向右平移个单位长度
【答案】D
【解析】
【分析】逆用两角和的余弦公式,得=,再分析两个函数图象的变换.
【详解】因为,要得到函数,只需将的图象向右平移个单位长度即可.故选D.
【点睛】本题考查了三角函数的图象与变换,考查了两角和的余弦公式的应用;解决三角函数图象的变换问题,首先要把变换前后的两个函数化为同名函数.
(二)三角函数的零点
例2.函数的零点个数为
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【解析】利用两角和与差的三角函数化简函数的解析式,通过函数为0,转化为两个函数的图象交点个数问题.
【详解】由已知
,
令,即,
在同一坐标系中画出函数和的图象,
如图所示,两个函数图象有两个不同的交点,所以函数的零点个数为2个,故选B.
【点睛】本题主要考查了函数与方程的综合应用,其中根据三角函数的恒等变换,把函数的零点问题转化为两个函数的图象的交点问题,在同一坐标系中作出两个函数的图象是解答的关键,着重考查了转化思想和数形结合思想的应用.
练习1.设函数为定义域为的奇函数,且,当时,,则函数在区间上的所有零点的和为
A.10 B.8 C.16 D.20
【答案】B
【解析】根据函数是定义在R上的奇函数得函数图像关于原点对称,又由可得函数
图像关于直线对称,故而得出函数是以4为周期的周期函数,然后利用数形结合便可得解。
【详解】因为函数为定义域为的奇函数,
所以,
又因为,
所以,可得,
即函数是周期为4的周期函数,且 图像关于直线对称。
故在区间上的零点,即方程的根,
分别画出与的函数图像,
因为两个函数图像都关于直线对称,因此方程的零点关于直线对称,
由图像可知交点个数为8个,分别设交点的横坐标从左至右依次为,
则,
所以所有零点和为8,故选B。
练习2.设,则函数
A.有极值 B.有零点 C.是奇函数 D.是增函数
【答案】D
【解析】由x<0,求得导数判断符号,可得单调性;再由三次函数的单调性,可得x≥0的单调性,即可判断正确结论.
【详解】由x<0,f(x)=x﹣sinx,导数为f′(x)=1﹣cosx,
且f′(x)≥0,f(x)递增,f(x)>0;
又x≥0,f(x)=x3+1递增,
且f(0)=1>0﹣sin0,
故f(x)在R上递增;
f(x)无极值和无零点,且不为奇函数.
故答案为:D
练习3.已知,若函数在上有两个不同零点,则_______.
【答案】
【解析】通过两角和的正弦公式得到函数的解析式,再通过换元结合正弦函数的图像得到两根之和,进而得到结果.
【详解】
已知=,令,
函数在上有两个不同零点,
即函数和y=m两个图像有两个不同的交点,
做出函数y=sint,和y=m的图像,
通过观察得到
进而得到=
故答案为:.
(五)三角函数图象综合
例5.函数在[-π,π]上的图象大致为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由题易得函数f(x)是奇函数,所以其图象关于原点对称,排除选项B、C,当 时,f(x)>0,排除选项A.故选D.
练习1.函数的图像大致是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】因为函数y=f(x)= 可化简为f(x)= 可知函数为奇函数关于原点对称,可排除答案C;
同时有y′=f′(x)= =
故函数在x∈(0, )时f′(x)>0,则x∈(0, )上单调递增,排除答案B和D,
故选:A.
点睛:识图常用的方法
(1)定性分析法:通过对问题进行定性的分析,从而得出图象的上升(或下降)的趋势,利用这一特征分析解决问题;
(2)定量计算法:通过定量的计算来分析解决问题;
(3)函数模型法:由所提供的图象特征,联想相关函数模型,利用这一函数模型来分析解决问题.
练习2.函数在上的图像大致为( )
【答案】C
【解析】试题分析:因为函数的定义域为,关于原点对称,且,所以函数的图像关于原点对称,排除A、B选项,在同一直角坐标系中,作出函数, 在的图像,由图可知故在时,靠近轴的部分满足,比较选项C、D可得答案C正确.
(六)三角函数的奇偶性
例6.已知函数f(x)=sin(2x+α)在x=时有极大值,且f(x-β)为奇函数,则α,β的一组可能值依次为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】依题意得2×+α=2k1π+,即α=2k1π+,k1∈Z,A,B均不正确.由f(x-β)是奇函数得f(-x-β)=-f(x-β),即f(-x-β)+f(x-β)=0,函数f(x)的图象关于点(-β,0)对称,f(-β)=0,sin(-2β+α)=0,sin(2β-α)=0,2β-α=k2π,k2∈Z,结合选项C,D取α=得β=+,k2∈Z,故选D.
练习1.设函数的最小正周期为,且
,则( )
A.在单调递减 B.在单调递减
C.在单调递增 D.在单调递增
【答案】A
考点:函数的解析式,函数的奇偶性,单调性.
(七)三角函数的对称性
例7.函数f(x)=2cos(ωx+φ)(ω≠0)对任意x都有,则等于( )
A.2或0 B.-2或2 C.0 D.-2或0
【答案】B
【解析】由f=f得x=是函数f(x)的一条对称轴,所以f=±2,故选B.
练习1.已知函数对任意都有则等于( )
A. B. C.或 D.
【答案】C
【解析】因为函数对任意都有
所以关于直线对称.
则为的最大值或最小值,即或.
故选C.
(八)三角函数的最值
例8.已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A,ω,φ均为正的常数)的最小正周期为π,当时,函数f(x)取得最小值,则下列结论正确的是( )
A.f(2)<f(-2)<f(0) B.f(0)<f(2)<f(-2)
C.f(-2)<f(0)<f(2) D.f(2)<f(0)<f(-2)
【答案】A
【解析】因为函数的最小正周期为,所以,又当时,函数取得最小值,则是经过函数最小值的一条对称轴,是经过函数最大值的一条对称轴,因为,所以
,且,所以,即;故选A.
点睛:本题考查三角函数的性质;比较三角函数值的大小时,往往将角转化到同一个单调区间上,而本题中将难以转化到同一个单调区间上,而是利用对称性和开口方向进行比较.
练习1.已知函数在区间上是增函数,且在区间上恰好取得一次最大值,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】,又函数在区间上是增函数,且在区间上恰好取得一次最大值,
∴,解得:
故选:D
练习2.已知函数,若存在实数,使得对任意的实数,都有
≤≤恒成立,则的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】,所以周期,存在实数,使得对任意的实数,都有≤≤恒成立,则,解得: ,故选B.
(九)三角函数与数列的综合
例9.若,则中值为的有( )个
A.200 B.201 C.402 D.403
【答案】C
【解析】不难发现,
在10个位一组里面有两个值为0,那么在中有
故答案选
练习1.函数,若对任意
,存在,使得成立,则实数的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】∵当时,,∴f(x)∈[1,2],
对于(m>0),
当时, ,
∵对任意,存在,使得成立,
∴解得实数m的取值范围是.
故选:D.
点睛:函数中的方程有解问题:
(1)若为一元方程,通常有两个方法:要么画函数的图象,研究图象与轴的交点即可;要么将方程整理成两个函数相等,画两个函数的图象求解即可;
(2)若为二元方程,通常是转成研究方程左右两边的函数的值域的包含关系即可.
练习2.函数()的图象与轴正半轴交点的横坐标构成一个公差为的等差数列,若要得到函数的图象,只要将的图象( )个单位
A.向左平移 B.向右平移 C.向左平移 D.向右平移
【答案】D
【解析】正弦函数图象与轴相邻交点横坐标相差为半个周期,即,又因为,所以
,则=,所以只要将函数的图象向右平移个单位就能得到的图象,故选A.
考点:1、三角函数的图象与性质;2、三角函数图象的平移变换.
(十)三角函数的周期性
例10.函数的最小正周期为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】化简,利用周期公式可得结果.
【详解】因为函数
,
所以最小正周期为,故选C.
【点睛】本题主要考查同角三角函数的关系、二倍角的正弦公式,以及正弦函数的周期公式,属于中档题. 函数的最小正周期为.
练习1.给出以下命题:
①若均为第一象限角,且,且;
②若函数的最小正周期是,则;
③函数是奇函数;
④函数的周期是;
⑤函数的值域是[0,2]
其中正确命题的个数为( )
A.3 B.2 C.1 D.0
【答案】D
【解析】利用三角函数周期公式,奇偶性以及图像即可得出结果.
④若函数的周期是,由周期定义知,故函数的周期不是,故不正确.
⑤= ,当时,,可知函数的值域为故不正确;
综上可知:①②③④⑤都不正确.
故选:D.
练习2.(2018年全国卷Ⅲ文)函数的最小正周期为
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】将函数进行化简即可
详解:由已知得
的最小正周期
故选C.
练习3.下列函数的周期为的是( )
①;②;③;④.
A.①④ B.①③④ C.②③④ D.①②④
【答案】D
【解析】利用,的周期不是,可排除选项;利用
,排除,从而可得结果.
【详解】设,则,
,
,
不是的周期,
③不合题意,排除,
设,
则,
故是的周期,②符合题意,排除,故选D.
【点睛】用特例代替题设所给的一般性条件,得出特殊结论,然后对各个选项进行检验,从而做出正确的判断,这种方法叫做特殊法. 若结果为定值,则可采用此法. 特殊法是“小题小做”的重要策略,排除法解答选择题是高中数学一种常见的解题思路和方法,这种方法即可以提高做题速度和效率,又能提高准确性.
练习4.函数是( )
A.最小正周期为的奇函数 B.最小正周期为的偶函数
C.最小正周期为的奇函数 D.最小正周期为的偶函数
【答案】D
【解析】由题意,
因为,所以为偶函数,故排除A,C,由诱导公式得
,
即函数的最小正周期为,所以正确答案为D.
点睛:引题主要考查三角函数的奇偶性、周期性等性质,以及三角函数诱导公式的应用等有关方面的知识与技能,属于中低档题型,也是常考考点.在此类问题中,函数解析式相对特殊,直接法求解不容易算,采用三角函数的性质去判断,反而会使问题简单化,以达到四两拔千斤的效果.
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