(全國通用版)2019高考數(shù)學二輪復習 專題一 三角函數(shù)、三角恒等變換與解三角形 第1講 三角函數(shù)的圖象與性質學案 文
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1、 第1講 三角函數(shù)的圖象與性質 [考情考向分析] 1.以圖象為載體,考查三角函數(shù)的最值、單調性、對稱性、周期性.2.考查三角函數(shù)式的化簡、三角函數(shù)的圖象和性質、角的求值,重點考查分析、處理問題的能力,是高考的必考點. 熱點一 三角函數(shù)的概念、誘導公式及同角關系式 1.三角函數(shù):設α是一個任意角,它的終邊與單位圓交于點P(x,y),則sin α=y(tǒng),cos α=x,tan α=(x≠0).各象限角的三角函數(shù)值的符號:一全正,二正弦,三正切,四余弦. 2.同角基本關系式:sin2α+cos2α=1,=tan α. 3.誘導公式:在+α,k∈Z的誘導公式中“奇變偶不變,符號看象限”.
2、 例1 (1)(2018·資陽三診)已知角α的頂點與原點O重合,始邊與x軸的非負半軸重合,若它的終邊經過點P(2,1),則tan 2α等于( ) A. B. C.- D.- 答案 A 解析 因為角α的頂點與原點O重合,始邊與x軸的非負半軸重合,終邊經過點P(2,1), 所以tan α=, 因此tan 2α===. (2)(2018·衡水金卷信息卷)已知曲線f(x)=x3-2x2-x在點(1,f(1))處的切線的傾斜角為α,則cos2-2cos2α-3sin(2π-α)cos(π+α)的值為( ) A. B.- C. D.- 答案 A 解析 由f(x)=x3-
3、2x2-x可知f′(x)=3x2-4x-1, ∴tan α=f′(1)=-2, cos2-2cos2α-3sincos =(-sin α)2-2cos2α-3sin αcos α =sin2α-2cos2α-3sin αcos α == ==. 思維升華 (1)涉及與圓及角有關的函數(shù)建模問題(如鐘表、摩天輪、水車等),常常借助三角函數(shù)的定義求解.應用定義時,注意三角函數(shù)值僅與終邊位置有關,與終邊上點的位置無關. (2)應用誘導公式時要弄清三角函數(shù)在各個象限內的符號;利用同角三角函數(shù)的關系化簡過程要遵循一定的原則,如切化弦、化異為同、化高為低、化繁為簡等. 跟蹤演練1 (1)(
4、2018·合肥質檢)在平面直角坐標系中,若角α的終邊經過點P,則sin(π+α)等于( ) A.- B.- C. D. 答案 B 解析 由誘導公式可得, sin=sin=-sin=-, cos=cos=cos=,即P, 由三角函數(shù)的定義可得, sin α==, 則sin=-sin α=-. (2)(2018·衡水金卷調研卷)已知sin(3π+α)=2sin,則等于( ) A. B. C. D.- 答案 D 解析 ∵sin(3π+α)=2sin, ∴-sin α=-2cos α,即sin α=2cos α, 則= ===-. 熱點二 三角函數(shù)的
5、圖象及應用 函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象 (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)圖象變換: (先平移后伸縮)y=sin x y=sin(x+φ) y=sin(ωx+φ) y=Asin(ωx+φ). (先伸縮后平移)y=sin x y=sin ωxy=sin(ωx+φ) y=Asin(ωx+φ). 例2 (1)要得到函數(shù)y=sin的圖象,只需將函數(shù)y=cos 3x的圖象( ) A.向右平移個單位長度 B.向左平移個單位長度 C.向右平移個單位長度 D.向左平移個單位長度 答案
6、 A 解析 因為y=cos 3x=sin=sin 3,且y=sin=sin 3,-=,所以應將y=cos 3x的圖象向右平移個單位長度,即可得到函數(shù)y=sin的圖象.故選A. (2)(2018·永州模擬)函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ)的部分圖象如圖所示,將函數(shù)f(x)的圖象向右平移個單位長度后得到函數(shù)g(x)的圖象,若函數(shù)g(x)在區(qū)間上的值域為 [-1,2],則θ=________. 答案 解析 函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ)的部分圖象如圖所示, 則A=2,=-=,解得T=π, 所以ω=2,即f(x)=2sin(2x+φ), 當x=時,f=2sin=0, 又|
7、φ|<π,解得φ=-, 所以f(x)=2sin, 因為函數(shù)f(x)的圖象向右平移個單位長度后得到函數(shù)g(x)的圖象, 所以g(x)=2sin=2cos 2x, 若函數(shù)g(x)在區(qū)間上的值域為[-1,2], 則2cos 2θ=-1, 則θ=kπ+,k∈Z,或θ=kπ+,k∈Z, 所以θ=. 思維升華 (1)已知函數(shù)y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的圖象求解析式時,常采用待定系數(shù)法,由圖中的最高點、最低點或特殊點求A;由函數(shù)的周期確定ω;確定φ常根據(jù)“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的位置. (2)在圖象變換過程
8、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(shù)不是1,就要把這個系數(shù)提取后再確定變換的單位長度數(shù)和方向. 跟蹤演練2 (1)(2018·東北三省四市模擬)將函數(shù)f(x)=sin的圖象向右平移a個單位長度得到函數(shù)g(x)=cos的圖象,則a的值可以為( ) A. B. C. D. 答案 C 解析 將函數(shù)f(x)=sin的圖象向右平移a個單位長度得到函數(shù)y=sin, 而g(x)=cos=sin, 故-2a+=2kπ++,k∈Z, 即a=kπ-,k∈Z,所以當k=1時,a=. (2)(2018·北京朝陽區(qū)模擬)函數(shù)f(x)=Asin(
9、ωx+φ)的部分圖象如圖所示,則ω=________;函數(shù)f(x)在區(qū)間上的零點為________. 答案 2 解析 從圖中可以發(fā)現(xiàn),相鄰的兩個最高點和最低點的橫坐標分別為,-,從而求得函數(shù)的最小正周期為T=2=π,根據(jù)T=可求得ω=2.再結合題中的條件可以求得函數(shù)的解析式為f(x)=2sin,令2x-=kπ(k∈Z),解得x=+(k∈Z),結合所給的區(qū)間,整理得出x=. 熱點三 三角函數(shù)的性質 1.三角函數(shù)的單調區(qū)間 y=sin x的單調遞增區(qū)間是(k∈Z),單調遞減區(qū)間是(k∈Z); y=cos x的單調遞增區(qū)間是[2kπ-π,2kπ](k∈Z),單調遞減區(qū)間是[2kπ,
10、2kπ+π](k∈Z); y=tan x的單調遞增區(qū)間是(k∈Z). 2.y=Asin(ωx+φ),當φ=kπ(k∈Z)時為奇函數(shù); 當φ=kπ+(k∈Z)時為偶函數(shù); 對稱軸方程可由ωx+φ=kπ+(k∈Z)求得. y=Acos(ωx+φ),當φ=kπ+(k∈Z)時為奇函數(shù); 當φ=kπ(k∈Z)時為偶函數(shù); 對稱軸方程可由ωx+φ=kπ(k∈Z)求得. y=Atan(ωx+φ),當φ=kπ(k∈Z)時為奇函數(shù). 例3 設函數(shù)f(x)=sin ωx·cos ωx-cos2ωx+(ω>0)的圖象上相鄰最高點與最低點的距離為. (1)求ω的值; (2)若函數(shù)y=f(x+φ)
11、是奇函數(shù),求函數(shù)g(x)=cos(2x-φ)在[0,2π]上的單調遞減區(qū)間. 解 (1)f(x)=sin ωx·cos ωx-cos2ωx+ =sin 2ωx-+ =sin 2ωx-cos 2ωx =sin, 設T為f(x)的最小正周期,由f(x)的圖象上相鄰最高點與最低點的距離為,得 2+[2f(x)max]2=π2+4, ∵f(x)max=1,∴2+4=π2+4, 整理得T=2π. 又ω>0,T==2π,∴ω=. (2)由(1)可知f(x)=sin, ∴f(x+φ)=sin. ∵y=f(x+φ)是奇函數(shù),∴sin=0, 又0<φ<,∴φ=, ∴g(x)=cos(
12、2x-φ)=cos. 令2kπ≤2x-≤2kπ+π,k∈Z, 得kπ+≤x≤kπ+,k∈Z, ∴函數(shù)g(x)的單調遞減區(qū)間是,k∈Z. 又∵x∈[0,2π], ∴當k=0時,函數(shù)g(x)的單調遞減區(qū)間是; 當k=1時,函數(shù)g(x)的單調遞減區(qū)間是. ∴函數(shù)g(x)在[0,2π]上的單調遞減區(qū)間是,. 思維升華 函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的性質及應用類題目的求解思路 第一步:先借助三角恒等變換及相應三角函數(shù)公式把待求函數(shù)化成y=Asin(ωx+φ)+B的形式; 第二步:把“ωx+φ”視為一個整體,借助復合函數(shù)性質求y=Asin(ωx+φ)+B的單調性及奇偶性、最值、對稱性等
13、問題. 跟蹤演練3 已知函數(shù)f(x)=4cos ωxsin(ω>0)的最小正周期是π. (1)求函數(shù)f(x)在區(qū)間(0,π)上的單調遞增區(qū)間; (2)求f(x)在上的最大值和最小值. 解 (1)f(x)=4cos ωxsin =4cos ωx =2sin ωxcos ωx-2cos2ωx+1-1 =sin 2ωx-cos 2ωx-1=2sin-1, 因為最小正周期是=π,所以ω=1, 從而f(x)=2sin-1. 令-+2kπ≤2x-≤+2kπ(k∈Z), 解得-+kπ≤x≤+kπ(k∈Z), 所以函數(shù)f(x)在(0,π)上的單調遞增區(qū)間為和. (2)當x∈時,2x-
14、∈, 2sin∈, 所以f(x)在上的最大值和最小值分別為1,-1. 真題體驗 1.(2018·全國Ⅰ改編)已知函數(shù)f(x)=2cos2x-sin2x+2,則f(x)的最小正周期為________,最大值為________. 答案 π 4 解析 ∵f(x)=2cos2x-sin2x+2=1+cos 2x-+2=cos 2x+, ∴f(x)的最小正周期為π,最大值為4. 2.(2018·全國Ⅱ改編 )若f(x)=cos x-sin x在[0,a]上是減函數(shù),則a的最大值是________. 答案 解析 ∵f(x)=cos x-sin x=-sin, ∴當x-∈,即x∈
15、時, y=sin單調遞增, f(x)=-sin單調遞減, ∴是f(x)在原點附近的單調減區(qū)間, 結合條件得[0,a]?, ∴a≤,即amax=. 3.(2018·天津改編)將函數(shù)y=sin的圖象向右平移個單位長度,所得圖象對應的函數(shù)________.(填序號) ①在區(qū)間上單調遞增; ②在區(qū)間上單調遞減; ③在區(qū)間上單調遞增; ④在區(qū)間上單調遞減. 答案?、? 解析 函數(shù)y=sin的圖象向右平移個單位長度后的解析式為y=sin=sin 2x,則函數(shù)y=sin 2x的一個單調增區(qū)間為,一個單調減區(qū)間為.由此可判斷①正確. 4.(2018·北京)設函數(shù)f(x)=cos(ω>0
16、).若f(x)≤f對任意的實數(shù)x都成立,則ω的最小值為________. 答案 解析 ∵f(x)≤f 對任意的實數(shù)x都成立, ∴當x=時,f(x)取得最大值, 即f =cos=1, ∴ω-=2kπ,k∈Z, ∴ω=8k+,k∈Z. ∵ω>0,∴當k=0時,ω取得最小值. 押題預測 1.已知函數(shù)f(x)=sin(x∈R,ω>0)圖象的相鄰兩條對稱軸之間的距離為.為了得到函數(shù)g(x)=cos ωx的圖象,只要將y=f(x)的圖象( ) A.向左平移個單位長度 B.向右平移個單位長度 C.向左平移個單位長度 D.向右平移個單位長度 押題依據(jù) 本題結合函數(shù)圖象的性質
17、確定函數(shù)解析式,然后考查圖象的平移,很有代表性,考生應熟練掌握圖象平移規(guī)則,防止出錯. 答案 A 解析 由于函數(shù)f(x)圖象的相鄰兩條對稱軸之間的距離為,則其最小正周期T=π, 所以ω==2,即f(x)=sin,g(x)=cos 2x. 把g(x)=cos 2x變形得g(x)=sin=sin,所以要得到函數(shù)g(x)的圖象,只要將f(x)的圖象向左平移個單位長度即可.故選A. 2.如圖,函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ) 與坐標軸的三個交點P,Q,R滿足P(2,0),∠PQR=,M為QR的中點,PM=2,則A的值為( ) A. B. C.8 D.16 押題依據(jù) 由三角函
18、數(shù)的圖象求解析式是高考的熱點,本題結合平面幾何知識求A,考查數(shù)形結合思想. 答案 B 解析 由題意設Q(a,0),R(0,-a)(a>0). 則M,由兩點間距離公式,得 PM= =2, 解得a1=8,a2=-4(舍去), 由此得=8-2=6,即T=12,故ω=, 由P(2,0)得φ=-, 代入f(x)=Asin(ωx+φ),得f(x)=Asin, 從而f(0)=Asin=-8,得A=. 3.已知函數(shù)f(x)=cos4x-2sin xcos x-sin4x. (1)若x是某三角形的一個內角,且f(x)=-,求角x的大?。? (2)當x∈時,求f(x)的最小值及取得最小值時x
19、的值. 押題依據(jù) 三角函數(shù)解答題的第(1)問的常見形式是求周期、求單調區(qū)間及求對稱軸方程(或對稱中心)等,這些都可以由三角函數(shù)解析式直接得到,因此此類命題的基本方式是利用三角恒等變換得到函數(shù)的解析式.第(2)問的常見形式是求解函數(shù)的值域(或最值),特別是指定區(qū)間上的值域(或最值),是高考考查三角函數(shù)圖象與性質命題的基本模式. 解 (1)∵f(x)=cos4x-2sin xcos x-sin4x =(cos2x+sin2x)(cos2x-sin2x)-sin 2x =cos 2x-sin 2x= =cos, ∴f(x)=cos=-, 可得cos=-. 由題意可得x∈(0,π),
20、 ∴2x+∈,可得2x+=或, ∴x=或. (2)∵x∈,∴2x+∈, ∴cos∈, ∴f(x)=cos∈[-,1]. ∴f(x)的最小值為-,此時2x+=π, 即x=. A組 專題通關 1.(2018·佛山質檢)函數(shù)y=sin+cos的最小正周期和振幅分別是( ) A.π, B.π,2 C.2π,1 D.2π, 答案 B 解析 ∵y=sin+cos =sin+sin =2sin, ∴T==π,振幅為2. 2.(2018·鄭州模擬)已知函數(shù)f(x)=cos-cos 2x,若要得到一個奇函數(shù)的圖象,則可以將函數(shù)f(x)的圖象( ) A.向左平移個單位
21、長度 B.向右平移個單位長度 C.向左平移個單位長度 D.向右平移個單位長度 答案 C 解析 由題意可得, 函數(shù)f(x)=sin 2x-cos 2x=2sin, 設平移量為θ,得到函數(shù)g(x)=2sin, 又g(x)為奇函數(shù),所以2θ-=kπ,k∈Z, 即θ=+,k∈Z. 3.(2018·河北省衡水金卷模擬)已知函數(shù)f(x)=-2cos ωx(ω>0)的圖象向左平移φ個單位長度,所得的部分函數(shù)圖象如圖所示,則φ的值為( ) A. B. C. D. 答案 C 解析 由題意知,T=2=π, ∴ω==2,∴f(x)=-2cos 2x, ∴g(x)=f(x+φ
22、)=-2cos(2x+2φ), 又g=-2cos=2, 故+2φ=π+2kπ(k∈Z),∴φ=+kπ(k∈Z). 又0<φ<,∴φ=. 4.(2018·山東、湖北部分重點中學模擬)已知函數(shù)f(x)=2sin(ωx+φ),f(x1)=2,f(x2)=0,若|x1-x2|的最小值為,且f =1,則f(x)的單調遞增區(qū)間為( ) A.,k∈Z B.,k∈Z C.,k∈Z D.,k∈Z 答案 B 解析 由f(x1)=2,f(x2)=0,且|x1-x2|的最小值為, 可知=,∴T=2,∴ω=π, 又f =1,則φ=±+2kπ,k∈Z, ∵0<φ<,∴φ=, ∴f(x)=2s
23、in. 令-+2kπ≤πx+≤+2kπ,k∈Z, 得-+2k≤x≤+2k,k∈Z. 故f(x)的單調遞增區(qū)間為,k∈Z. 5.(2017·全國Ⅲ)設函數(shù)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)在上單調遞減 答案 D 解析 A項,因為f(x)=cos的周期為2kπ(k∈Z), 所以f(x)的一個周期為-2π,A項正確; B項,因為f(x)=cos圖象的對稱軸為直線x=kπ-(k∈Z),所以y=f(x)的圖象關于直線x=對稱,B項正確; C項,f(x
24、+π)=cos.令x+=kπ+(k∈Z), 得x=kπ-,當k=1時,x=, 所以f(x+π)的一個零點為x=,C項正確; D項,因為f(x)=cos的單調遞減區(qū)間為(k∈Z), 單調遞增區(qū)間為(k∈Z), 所以f(x)在上單調遞減,在上單調遞增,D項錯誤. 6.在平面直角坐標系中,角α的頂點與坐標原點重合,始邊與x軸的非負半軸重合,終邊過點P(-,-1),則tan α=________,cos α+sin=________. 答案 0 解析 ∵角α的頂點與坐標原點重合,始邊與x軸的非負半軸重合,終邊過點P(-,-1), ∴x=-,y=-1, ∴tan α==,cos α
25、+sin=cos α-cos α=0.
7.(2018·河北省衡水金卷模擬)已知tan α=2,則=________.
答案
解析 ∵tan 2α==-,
∴=
===.
8.(2017·全國Ⅱ)函數(shù)f(x)=sin2x+cos x-的最大值是________.
答案 1
解析 f(x)=1-cos2x+cos x-
=-2+1.
∵x∈,∴cos x∈[0,1],
∴當cos x=時,f(x)取得最大值,最大值為1.
9.(2018·濰坊模擬)設函數(shù)f(x)(x∈R)滿足f(x-π)=f(x)-sin x,當-π 26、.
答案
解析 ∵f(x-π)=f(x)-sin x,
∴f(x)=f(x-π)+sin x,
則f(x+π)=f(x)+sin(x+π)=f(x)-sin x.
∴f(x+π)=f(x-π),
即f(x+2π)=f(x).
∴函數(shù)f(x)的周期為2π,
∴f =f =f
=f +sin.
∵當-π 27、(1)的條件下,當x∈時,函數(shù)f(x)有且只有一個零點,求實數(shù)b的取值范圍.
解 m=(sin ωx,1),n=(cos ωx,cos2ωx+1),
f(x)=m·n+b=sin ωxcos ωx+cos2ωx+1+b
=sin 2ωx+cos 2ωx++b
=sin++b.
(1)∵函數(shù)f(x)的圖象關于直線x=對稱,
∴2ω·+=kπ+(k∈Z),
解得ω=3k+1(k∈Z),∵ω∈[0,3],∴ω=1,
∴f(x)=sin++b,
由2kπ-≤2x+≤2kπ+(k∈Z),
解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
∴函數(shù)f(x)的單調遞增區(qū)間為(k∈Z).
(2)由(1 28、)知f(x)=sin++b,
∵x∈,∴2x+∈,
∴當2x+∈,即x∈時,函數(shù)f(x)單調遞增;
當2x+∈,即x∈時,函數(shù)f(x)單調遞減.
又f(0)=f,
∴當f>0≥f或f=0時,函數(shù)f(x)有且只有一個零點,
即sin≤-b- 29、-θ)=-,cos(2π-θ)=,
即sin θ=,cos θ=,
∵∠AOC=α,BC=1,∴θ+α=,
則α=-θ,
則cos2-sin cos -=cos α-sin α
=cos=cos=sin θ=.
12.(2018·佛山質檢)已知函數(shù)f(x)=sin(ω>0)的圖象在區(qū)間(1,2)上不單調,則ω的取值范圍為( )
A. B.∪
C.∪ D.
答案 B
解析 因為當x∈(1,2)時,ωx-∈,
又因為函數(shù)f(x)=sin(ω>0)的圖象在區(qū)間(1,2)上不單調,
所以存在k∈Z,使得kπ+∈,
即得ω- 30、π+(k∈Z),
因為ω>0,所以k≥0,
當k=0時,<ω<;
當k=1時,<ω<;
當k=2時,<ω<;…,
因此ω的取值范圍為∪∪∪…∪∪…
=∪.
13.函數(shù)f(x)=的圖象與函數(shù)g(x)=2sin x(0≤x≤4)的圖象的所有交點為(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn),則f(y1+y2+…+yn)+g(x1+x2+…+xn)=________.
答案
解析 如圖,畫出函數(shù)f(x)和g(x)的圖象,可知有4個交點,并且關于點(2,0)對稱,所以y1+y2+y3+y4=0,x1+x2+x3+x4=8,
所以f(y1+y2+y3+y4)+g(x1+x2+ 31、x3+x4)=f(0)+g(8)=+0=.
14.已知a>0,函數(shù)f(x)=-2asin+2a+b,當x∈時,-5≤f(x)≤1.
(1)求常數(shù)a,b的值;
(2)設g(x)=f 且lg g(x)>0,求g(x)的單調區(qū)間.
解 (1)∵x∈,∴2x+∈.
∴sin∈,
∴-2asin∈[-2a,a].
∴f(x)∈[b,3a+b],又∵-5≤f(x)≤1,
∴b=-5,3a+b=1,因此a=2,b=-5.
(2)由(1)得f(x)=-4sin-1,
∴g(x)=f=-4sin-1
=4sin-1.
又由lg g(x)>0,得g(x)>1,
∴4sin-1>1,
∴sin>,
∴2kπ+<2x+<2kπ+,k∈Z,
其中當2kπ+<2x+≤2kπ+,k∈Z,
即kπ
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