《步步高》高考数学第一轮复习04 函数yAsinωx+φ的图象及应用.docx
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《步步高》高考数学第一轮复习04函数yAsinωx+φ的图象及应用
§4.4 函数y=Asin(ωx+φ)的图象及应用
2014高考会这样考
1.考查函数y=Asin(ωx+φ)的图象变换;2.结合三角恒等变换考查y=Asin(ωx+φ)的性质和应用;3.考查给出图象的解析式.
复习备考要这样做
1.掌握“五点法”作图,抓住函数y=Asin(ωx+φ)的图象的特征;2.理解三种图象变换,从整体思想和数形结合思想确定函数y=Asin(ωx+φ)的性质.
1.用五点法画y=Asin(ωx+φ)一个周期内的简图时,要找五个特征点.
如下表所示.
x
ωx+φ
0
π
2π
y=
Asin(ωx+φ)
0
A
0
-A
0
2.函数y=sinx的图象经变换得到y=Asin(ωx+φ)的图象的步骤如下:
3.图象的对称性
函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象是轴对称也是中心对称图形,具体如下:
(1)函数y=Asin(ωx+φ)的图象关于直线x=xk(其中ωxk+φ=kπ+,k∈Z)成轴对称图形.
(2)函数y=Asin(ωx+φ)的图象关于点(xk,0)(其中ωxk+φ=kπ,k∈Z)成中心对称图形.
[难点正本 疑点清源]
1.作图时应注意的两点
(1)作函数的图象时,首先要确定函数的定义域.
(2)对于具有周期性的函数,应先求出周期,作图象时只要作出一个周期的图象,就可根据周期性作出整个函数的图象.
2.图象变换的两种方法的区别
由y=sinx的图象,利用图象变换作函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)(x∈R)的图象,要特别注意:
当周期变换和相位变换的先后顺序不同时,原图象沿x轴的伸缩量的区别.先平移变换再周期变换(伸缩变换),平移的量是|φ|个单位,而先周期变换(伸缩变换)再平移变换,平移的量是个单位.
1.已知简谐运动f(x)=2sin(|φ|<)的图象经过点(0,1),则该简谐运动的最小正周期T和初相φ分别为__________.
答案 6,
解析 由题意知1=2sinφ,得sinφ=,又|φ|<,
得φ=;而此函数的最小正周期为T=2π÷=6.
2.(2012·浙江)把函数y=cos2x+1的图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变),然后向左平移1个单位长度,再向下平移1个单位长度,得到的图象是( )
答案 A
解析 y=cos2x+1
y=cosx+1
y=cos(x+1)+1y=cos(x+1).
结合选项可知应选A.
3.(2011·大纲全国)设函数f(x)=cosωx(ω>0),将y=f(x)的图象向右平移个单位长度后,所得的图象与原图象重合,则ω的最小值等于( )
A.B.3C.6D.9
答案 C
解析 由题意可知,nT=(n∈N*),
∴n·=(n∈N*),
∴ω=6n(n∈N*),∴当n=1时,ω取得最小值6.
4.把函数y=sin的图象向右平移个单位,再把所得函数图象上各点的横坐标缩短为原来的,所得的函数
解析式为( )
A.y=sinB.y=sin
C.y=sinD.y=sin
答案 D
解析 将原函数的图象向右平移个单位,得到函数y=sin=sin的图象;再把所得函数图象上各点的横坐标缩短为原来的,得到函数y=sin的图象.
5.已知简谐运动f(x)=Asin(ωx+φ)(|φ|<)的部分图象如图所示,则该简谐
运动的最小正周期T和初相φ分别为( )
A.T=6π,φ=B.T=6π,φ=
C.T=6,φ=D.T=6,φ=
答案 C
解析 由图象易知A=2,T=6,∴ω=,
又图象过(1,2)点,∴sin=1,
∴φ+=2kπ+,k∈Z,又|φ|<,∴φ=.
题型一 函数y=Asin(ωx+φ)的图象及变换
例1
已知函数y=2sin,
(1)求它的振幅、周期、初相;
(2)用“五点法”作出它在一个周期内的图象;
(3)说明y=2sin的图象可由y=sinx的图象经过怎样的变换而得到.
思维启迪:
(1)由振幅、周期、初相的定义即可解决.
(2)五点法作图,关键是找出与x相对应的五个点.
(3)只要看清由谁变换得到谁即可.
解
(1)y=2sin的振幅A=2,周期T==π,
初相φ=.
(2)令X=2x+,则y=2sin=2sinX.
列表,并描点画出图象:
x
-
X
0
π
2π
y=sinX
0
1
0
-1
0
y=2sin
0
2
0
-2
0
(3)方法一 把y=sinx的图象上所有的点向左平移个单位,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倍(纵坐标不变),得到y=sin的图象,最后把y=sin上所有点的纵坐标伸长到原来的2倍(横坐标不变),即可得到y=2sin的图象.
方法二 将y=sinx的图象上每一点的横坐标x缩短为原来的倍,纵坐标不变,得到y=sin2x的图象;再将y=sin2x的图象向左平移个单位,得到y=sin2=sin的图象;再将y=sin的图象上每一点的横坐标保持不变,纵坐标伸长为原来的2倍,得到y=2sin的图象.
探究提高
(1)作三角函数图象的基本方法就是五点法,此法注意在作出一个周期上的简图后,应向两端伸展一下,以示整个定义域上的图象;
(2)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来确定平移单位.
已知函数f(x)=3sin,x∈R.
(1)画出函数f(x)在长度为一个周期的闭区间上的简图;
(2)将函数y=sinx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
π
π
π
x-
0
π
π
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.
(2)先把y=sinx的图象向右平移个单位,然后把所有的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.
题型二 求函数y=Asin(ωx+φ)的解析式
例2
(1)(2011·江苏)已知f(x)=Asin(ωx+φ)(A,ω,φ为常数,A>0,ω>0)的部分图象如图所示,则f(0)的值是______.
(2)(2011·辽宁)已知函数f(x)=Atan(ωx+φ)(ω>0,|φ|<),y=f(x)的部分图象如图所示,则f()等于( )
A.2+B.
C.D.2-
思维启迪:
(1)由平衡点和相邻最低点间的相对位置确定周期;根据待定系数法求φ.
(2)将“ωx+φ”看作一个整体放在一个单调区间内求解.
答案
(1)
(2)B
解析
(1)由题图知A=,=-=,
∴T=π,ω==2.
∴2×+φ=2kπ+π,k∈Z,∴φ=2kπ+(k∈Z).
令k=0,得φ=.
∴函数解析式为f(x)=sin,
∴f(0)=sin=.
(2)由图形知,T==2(π-)=,∴ω=2.
由2×π+φ=kπ,k∈Z,得φ=kπ-π,k∈Z.
又∵|φ|<,∴φ=.由Atan(2×0+)=1,
知A=1,∴f(x)=tan(2x+),
∴f()=tan(2×+)=tan=.
探究提高 根据y=Asin(ωx+φ)+k的图象求其解析式的问题,主要从以下四个方面来考虑:
①A的确定:
根据图象的最高点和最低点,即A=;
②k的确定:
根据图象的最高点和最低点,即k=;
③ω的确定:
结合图象,先求出周期T,然后由T=(ω>0)来确定ω;
④φ的确定:
由函数y=Asin(ωx+φ)+k最开始与x轴的交点(最靠近原点)的横坐标为-(即令ωx+φ=0,x=-)确定φ.
已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,|φ|<,ω>0)的图象
的一部分如图所示,则该函数的解析式为____________.
答案 f(x)=2sin
解析 观察图象可知:
A=2且点(0,1)在图象上,
∴1=2sin(ω·0+φ),即sinφ=.∵|φ|<,∴φ=.又∵π是函数的一个零点,且是图象递增穿过x轴形成的零点,∴ω+=2π,∴ω=2.∴f(x)=2sin.
题型三 三角函数模型的应用
例3
如图为一个缆车示意图,该缆车半径为4.8米,圆上最低点与地
面的距离为0.8米,且每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间的函数关系式;
(2)设从OA开始转动,经过t秒到达OB,求h与t之间的函数关系式,并求该缆车首次到达最高点时所用的时间.
解
(1)过点O作地面的平行线ON,过点B作ON的垂线BM交ON于
点M(如图),
当θ>时,∠BOM=θ-,
h=OA+BM+0.8
=5.6+4.8sin.
当0≤θ≤时,上式也成立.
∴h与θ间的函数关系式为h=5.6+4.8sin.
(2)点A在圆上转动的角速度是弧度/秒,
∴t秒转过的弧度数为t,
∴h=5.6+4.8sin,t∈[0,+∞).
首次到达最高点时,h=10.4米,
即sin=1,t-=,
即t=30秒时,该缆车首次到达最高点.
探究提高 本题属三角函数模型的应用,通常的解决方法:
转化为y=sinx,y=cosx等函数解决图象、最值、单调性等问题,体现了化归的思想方法;用三角函数模型解决实际问题主要有两种:
一种是用已知的模型去分析解决实际问题,另一种是需要建立精确的或者数据拟合的模型去解决问题,尤其是利用数据建立拟合函数解决实际问题,充分体现了新课标中“数学建模”的本质.
如图所示,某地夏天从8~14时用电量变化曲线近
似满足函数y=Asin(ωx+φ)+b,φ∈(0,π).
(1)求这一天的最大用电量及最小用电量;
(2)写出这段曲线的函数解析式.
解
(1)最大用电量为50万度,最小用电量为30万度.
(2)观察图象,可知从8~14时的图象是y=Asin(ωx+φ)+b的半个周期的图象.
∴A=×(50-30)=10,b=×(50+30)=40.
∴=14-8=·,∴ω=,
∴y=10sin+40.
将x=8,y=30代入上式,解得φ=,
∴所求解析式为y=10sin+40,x∈[8,14].
利用三角函数的性质求解析式
典例:
(12分)如图为y=Asin(ωx+φ)的图象的一段.
(1)求其解析式;
(2)若将y=Asin(ωx+φ)的图象向左平移个单位长度后得y=f(x),求f(x)的对称轴方程.
审题视角
(1)图象是y=Asin(ωx+φ)的图象.
(2)根据“五点法”作图的原则,M可以看作第一个零点;可以看作第二个零点.
规范解答
解
(1)由图象知A=,
以M为第一个零点,N为第二个零点.[2分]
列方程组 解之得[4分]
∴所求解析式为y=sin.[6分]
(2)f(x)=sin
=sin,[8分]
令2x-=+kπ(k∈Z),则x=π+(k∈Z),[10分]
∴f(x)的对称轴方程为x=π+(k∈Z).[12分]
答题模板
第一步:
根据图象确定第一个平衡点、第二个平衡点或最高点、最低点.
第二步:
将“ωx+φ”作为一个整体,找到对应的值.
第三步:
列方程组求解.
第四步:
写出所求的函数解析式.
第五步:
反思回顾,查看关键点、易错点及答题规范.
温馨提醒
(1)求函数解析式要找准图象中的“五点”,利用方程求解ω,φ;
(2)讨论性质时将ωx+φ视为一个整体.
方法与技巧
1.五点法作函数图象及函数图象变换问题
(1)当明确了函数图象基本特征后,“描点法”是作函数图象的快捷方式.运用“五点法”作正、余弦型函数图象时,应取好五个特殊点,并注意曲线的凹凸方向.
(2)在进行三角函数图象变换时,提倡“先平移,后伸缩”,但“先伸缩,后平移”也经常出现在题目中,所以也必须熟练掌握,无论是哪种变形,切记每一个变换总是对字母x而言,即图象变换要看“变量”起多大变化,而不是“角”变化多少.
2.由图象确定函数解析式
由函数y=Asin(ωx+φ)的图象确定A、ω、φ的题型,常常以“五点法”中的第一个零点作为突破口,要从图象的升降情况找准第一个零点的位置.要善于抓住特殊量和特殊点.
3.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(或两个相邻平衡点间的距离).
失误与防范
1.由函数y=sinx(x∈R)的图象经过变换得到函数y=Asin(ωx+φ)的图象,在具体问题中,可先平移变换后伸缩变换,也可以先伸缩变换后平移变换,但要注意:
先伸缩,后平移时要把x前面的系数提取出来.
2.函数y=Asin(ωx+φ)的图象和性质是本节考查的重点,也是高考热点,复习时尽可能使用数形结合的思想方法,如求解对称轴、对称中心和单调区间等.
3.注意复合形式的三角函数的单调区间的求法.函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的单调区间的确定,基本思想是把ωx+φ看做一个整体.在单调性应用方面,比较大小是一类常见的题目,依据是同一区间内函数的单调性.
A组 专项基础训练
(时间:
35分钟,满分:
57分)
一、选择题(每小题5分,共20分)
1.将函数y=sinx的图象向左平移φ(0≤φ<2π)个单位后,得到函数y=sin的图象,则φ等于( )
A.B.C.D.
答案 D
解析 将函数y=sinx向左平移φ(0≤φ<2π)个单位得到函数y=sin(x+φ).只有φ=π时有y=sin=sin.
2.(2012·课标全国)已知ω>0,函数f(x)=sin在上单调递减,则ω的取值范围是( )
A.B.
C.D.(0,2]
答案 A
解析 取ω=,f(x)=sin,
其减区间为,k∈Z,
显然⊆,k∈Z,
排除B,C.
取ω=2,f(x)=sin,
其减区间为,k∈Z,
显然⃘,k∈Z,排除D.
3.将函数y=sin(x+φ)的图象F向左平移个单位长度后得到图象F′,若F′的一个对称中心为,则φ的一个可能取值是( )
A.B.C.D.
答案 D
解析 图象F′对应的函数y′=sin,
则++φ=kπ,k∈Z,即φ=kπ-,k∈Z,
令k=1时,φ=,故选D.
4.若函数f(x)=2sin(ωx+φ),x∈R(其中ω>0,|φ|<)的最小正周期是π,且f(0)=,则( )
A.ω=,φ=B.ω=,φ=
C.ω=2,φ=D.ω=2,φ=
答案 D
解析 ∵T=π,∴ω=2.
又2sinφ=,|φ|<,∴φ=.
二、填空题(每小题5分,共15分)
5.函数y=Asin(ωx+φ)(A,ω,φ为常数,A>0,ω>0)在闭区间[-π,0]上的图象如图所示,则ω=________.
答案 3
解析 由图象可以看出T=π,∴T=π=,因此ω=3.
6.已知f(x)=sin(ω>0),f=f,且f(x)在区间上有最小值,无最大值,则ω=________.
答案
解析 依题意,x==时,y有最小值,
∴sin=-1,∴ω+=2kπ+(k∈Z).
∴ω=8k+(k∈Z),因为f(x)在区间上有最小值,无最大值,所以-<,即ω<12,令k=0,
得ω=.
7.设函数f(x)=sinx-cosx,若0≤x≤2011π,则函数f(x)的各极值之和为________.
答案
解析 f′(x)=cosx+sinx=sin,令f′(x)=0,得x=-+kπ(k∈Z),∵f(x)=sin,
∴f=sin
=sin=-·coskπ,
当k为奇数时,函数取得极大值;
当k为偶数时,函数取得极小值-,
∵0≤x≤2011π,∴≤k≤,
∴此函数在此区间上各极值的和为.
三、解答题(共22分)
8.(10分)(2012·陕西)函数f(x)=Asin+1(A>0,ω>0)的最大值为3,其图象相邻两条对称轴之间的距离为.
(1)求函数f(x)的解析式;
(2)设α∈,f=2,求α的值.
解
(1)∵函数f(x)的最大值为3,
∴A+1=3,即A=2.
∵函数图象的相邻两条对称轴之间的距离为,
∴最小正周期T=π,∴ω=2,
∴函数f(x)的解析式为y=2sin+1.
(2)∵f=2sin+1=2,
∴sin=.
∵0<α<,∴-<α-<,
∴α-=,∴α=.
9.(12分)已知函数f(x)=2sincos-sin(x+π).
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)若将f(x)的图象向右平移个单位,得到函数g(x)的图象,求函数g(x)在区间[0,π]上的最大值和最小值.
解
(1)因为f(x)=sin+sinx
=cosx+sinx=2
=2sin,
所以f(x)的最小正周期为2π.
(2)∵将f(x)的图象向右平移个单位,得到函数g(x)的图象,
∴g(x)=f=2sin[+]
=2sin.
∵x∈[0,π],∴x+∈,
∴当x+=,即x=时,sin=1,g(x)取得最大值2.
当x+=,即x=π时,sin=-,g(x)取得最小值-1.
B组 专项能力提升
(时间:
25分钟,满分:
43分)
一、选择题(每小题5分,共15分)
1.函数y=sin2x的图象向右平移φ(φ>0)个单位,得到的图象恰好关于x=对称,则φ的最小值为( )
A.πB.πC.πD.以上都不对
答案 A
解析 y=sin2x的图象向右平移φ个单位得到y=sin2(x-φ)的图象,又关于x=对称,则2=kπ+(k∈Z),2φ=-kπ-(k∈Z),取k=-1,得φ=π.
2.设ω>0,函数y=sin(ωx+)+2的图象向右平移个单位后与原图象重合,则ω的最小值是( )
A.B.C.D.3
答案 C
解析 由函数向右平移个单位后与原图象重合,
得是此函数周期的整数倍.又ω>0,
∴·k=,∴ω=k(k∈Z),∴ωmin=.
3.电流强度I(安)随时间t(秒)变化的函数I=Asin(ωt+φ)(A>0,ω>0,0<φ<)
的图象如右图所示,则当t=秒时,电流强度是( )
A.-5安B.5安C.5安D.10安
答案 A
解析 由图象知A=10,=-=,
∴ω==100π.∴I=10sin(100πt+φ).
为五点中的第二个点,∴100π×+φ=.
∴φ=.∴I=10sin,
当t=秒时,I=-5安.
二、填空题(每小题5分,共15分)
4.若f(x)=2sin(ωx+φ)+m对任意实数t都有f=f,且f=-3,则实数m的值等于________.
答案 -1或-5
解析 依题意得,函数f(x)的图象关于直线x=对称,于是当x=时,函数f(x)取得最值,因此有±2+m=-3,解得m=-5或m=-1.
5.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,-≤φ≤)的图象上的两个相邻的最高点和最低点的距离为2,且过点,则函数解析式f(x)=_______________.
答案 sin
解析 据已知两个相邻最高及最低点距离为2,可得=2,解得T=4,故ω==,即f(x)=sin,又函数图象过点,故f
(2)=sin(π+φ)=-sinφ=-,又-≤φ≤,解得φ=,故f(x)=sin.
6.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(x=1,2,3,…,12,A>0)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________℃.
答案 20.5
解析 由题意得 ∴
∴y=23+5cos,
x=10时,y=23+5×=20.5.
三、解答题
7.(13分)(2012·湖南)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(x∈R,ω>0,0<φ<)
的部分图象如图所示.
(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
(1)由题设图象知,周期T=2=π,
所以ω==2.因为点在函数图象上,
所以Asin=0,即sin=0.
又因为0<φ<,所以<+φ<.
从而+φ=π,即φ=.
又点(0,1)在函数图象上,所以Asin=1,解得A=2.
故函数f(x)的解析式为f(x)=2sin.
(2)g(x)=2sin-2sin
=2sin2x-2sin
=2sin2x-2
=sin2x-cos2x=2sin.
由2kπ-≤2x-≤2kπ+,
得kπ-≤x≤kπ+,k∈Z.
所以函数g(x)的单调递增区间是,k∈Z.
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