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专题 3-1 三角函数图像与性质
目录
题型01三角函数单调性.......................................................................................................................................................1
题型02 求周期......................................................................................................................................................................3
题型03 非同名函数平移......................................................................................................................................................6
题型04 对称轴最值应用......................................................................................................................................................8
题型05 对称中心最值应用................................................................................................................................................11
题型06 辅助角最值............................................................................................................................................................14
题型07 正余弦换元型最值................................................................................................................................................17
题型08 一元二次型换元最值............................................................................................................................................20
题型09 分式型最值............................................................................................................................................................21
题型10 最值型综合............................................................................................................................................................23
题型11 恒等变形:求角....................................................................................................................................................25
题型12恒等变形:拆角求值(分式型).........................................................................................................................27
题型13 恒等变形:拆角求值(复合型)........................................................................................................................29
题型14 恒等变形:拆角求值(正切型对偶)................................................................................................................31
高考练场..............................................................................................................................................................................33
题型 01 三角函数单调性
【解题攻略】
A,ω,φ对函数y=Asin(ωx+φ)图象的影响
(1)函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)中参数A.φ、ω的作用
参
作用
数
A A决定了函数的值域以及函数的最大值和最小值,通常称A为振幅.
φ φ决定了x=0时的函数值,通常称φ为初相,ωx+φ为相位.
ω ω决定了函数的周期T= .
(2)图象的变换
(1)振幅变换
要得到函数y=Asinx(A>0,A≠1)的图象,只要将函数y=sinx的图象上所有点的纵坐标伸长(当A>1
时)或缩短(当0<A<1时)到原来的A倍(横坐标不变)即可得到.
(2)平移变换
要得到函数y=sin(x+φ)的图象,只要将函数y=sinx的图象上所有点向左(当φ>0时)或向右(当φ
<0时)平行移动|φ|个单位长度即可得到.
(3)周期变换
要得到函数y=sinωx(x∈R)(其中ω>0且ω≠1)的图象,可以把函数y=sinx上所有点的横坐标缩短
(当ω>1时)或伸长(当0<ω<1时)到原来的 _倍(纵坐标不变)即可得到.【典例1-1】(2023·全国·模拟预测)已知函数 ,则使得 和
都单调递增的一个区间是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用复合函数的单调性,判断各选项是否正确.
【详解】当 从 增加到 时, 从0递减到 , 从 递增到1,
所以 从 递减到 , 从 递减到 ,A错误;
当 从 增加到 时, 从 递减到 , 从1递减到 ,
所以 从 递增到 , 从 递减到 ,B错误;
当 从 增加到 时, 从 递减到 , 从 递减到 ,
所以 从 递增到 , 从 递减到 ,C错误;
当 从 增加到 时, 从-1递增到 , 从 递减到0,
所以 从 递增到 , 从 递增到 ,D正确;
故选:D
【典例1-2】已知函数 ,则f(x)( )
A.在(0, )单调递减 B.在(0,π)单调递增
C.在(— ,0)单调递减 D.在(— ,0)单调递增
【答案】D
【分析】先用诱导公式化简得到 ,再将选项代入检验,求出正确答案.
【详解】 ,
故当 时, ,所以 不单调,AB错误;
当 时, , 在 上单调递增,
故D正确故选:D
【变式1-1】(2022上·福建莆田·高三校考)函数 的单调递增区间为( )
A. B.C. D.
【答案】A
【分析】先换元,求定义域再结合复合函数的单调性,最后根据正弦函数的单调性求解即可.
【详解】设 ,即 , , 单调递增,取 单调增的部分,
所以可得: ,即 ,
解得: 答案:A.
【变式1-2】(2023·全国·模拟预测)函数 在下列某个区间上单调递增,这
个区间是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由二倍角公式结合辅助角公式化简可得 的表达式,求出其单调增区间,结合选项,即可判
断出答案.
【详解】∵ ,
令 ,则 ,
即 的单调递增区间为 ,当 时, ,
∴函数 在区间 上单调递增.故选:A
【变式1-3】(2023·黑龙江齐齐哈尔·统考二模)“ ”是“函数 在区间 上
单调递增”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要
条件
【答案】A
【分析】根据正弦函数的单调性和参数范围即可求解.
【详解】若函数 区间 上单调递增,
则令 , ,解得 , ,
结合 是区间,所以 ,解得 .
“ ”是“ ”的充分不必要条件,故选:A.
.
题型 02 求周期
【解题攻略】
求周期方法
1. 直接法:形如y=Asin(ωx+φ)或者y=Acos(ωx+φ)函数的周期T= .y=Atan(ωx+φ)的周期是T=
2.观察法:
形如 等等诸如此类的带绝对值型,可以通过简图判定是否有
周期,以及最小正周期的值
3.恒等变形转化法。
4.定义证明法
【典例1-1】(2023下·湖南长沙·高三长沙一中校考阶段练习)设函数 ,则
的最小正周期( )
A.与 有关,且与 有关 B.与 有关,但与 无关
C.与 无关,且与 无关 D.与 无关,但与 有关
【答案】D
【分析】根据三角函数的周期性,结合周期成倍数关系的两个函数之和,其周期为这两个函数的周期的最
小公倍数这一结论,解答即可.
【详解】 ,
对于 ,其最小正周期为 ,对于 ,其最小正周期为 ,
所以对于任意 , 的最小正周期都为 ,
对于 ,其最小正周期为 ,
故当 时, ,其最小正周期为 ;
当 时, ,其最小正周期为 ,
所以 的最小正周期与 无关,但与 有关.
故选:D.
【典例1-2】(2023上·福建厦门·高三福建省厦门第二中学校考阶段练习)以下函数中最小正周期为 的个
数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【分析】对于A,直接画出函数图象验证即可;对于BCD,举出反例推翻即可.
【详解】画出函数 的图象如图所示:
由图可知函数 的最小正周期为 ,满足题意;
对于 而言, ,即函数 的最小正
周期不是 ,不满足题意;
对于 而言, ,即函数 的最小正周
期不是 ,不满足题意;对于 而言, ,即函数 的最
小正周期不是 ,不满足题意;综上所述,满足题意的函数的个数有1个.故选:A.
【变式1-1】(2023·全国·高三专题练习)下列函数中是奇函数,且最小正周期是 的函数是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】确定 和 , 为偶函数,排除,验证D选项满足条件,得到答案.
【详解】对选项A: ,函数定义域为 , ,
函数为偶函数,排除;
对选项B: ,函数定义域为 , ,
函数为偶函数,排除;
对选项C: ,函数定义域为 , ,
函数为偶函数,排除;
对选项D: ,函数定义域为 ,
,函数为奇函数, ,满足条件;
故选:D.
【变式1-2】(2023·广东·统考二模)已知函数 , 的定义域为R,则“ , 为周期函
数”是“ 为周期函数”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】D
【分析】根据通过反例和周期的性质判断即可.
【详解】两个周期函数之和是否为周期函数,取决于两个函数的周期的比是否为有理数,若为有理数,则
有周期,若不为有理数,则无周期.
的周期为 , 的周期为 ,则当 时,只有周期的整数倍才是函数的
周期,则不是充分条件;
若 , ,
则 为周期函数,但 , 为周期函数不正确,故不是必
要条件;因此为不充分不必要条件.故选:D
【变式1-3】(2023上·江苏·高三专题练习)在函数① ,② ,③ ,④
中,最小正周期为π的函数有( )
A.①③ B.①④
C.③④ D.②③
【答案】D
【分析】根据函数图象的翻折变换和周期公式可得.
【详解】①由余弦函数的奇偶性可知, ,最小值周期为 ;
②由翻折变换可知,函数 的图象如图:由图知 的最小值周期为 ;
③由周期公式得 ,所以 的最小值周期为 ;
④ 的最小值周期为 .
故选:D
题型 03 非同名函数平移
【解题攻略】
平移变换:
1.基本法:提系数(就是直接换x,其余的都不动);
2.正到余,余到正:
方法一:诱导公式化为同名(尽量化正为余,因为余弦是偶函数,可以解决系数是负的);
方法二:直接第极大值法(通过快速画图,正弦对应第一极大值轴处。余弦即五点第一点处,本方法是重
点)
【典例1-1】(2023秋·山东·高三山东省实验中学校考期末)要得到函数 的图象,只
需将函数 的图象( )
A.先向右平移 个单位长度,再向下平移1个单位长度
B.先向左平移 个单位长度,再向上平移1个单位长度
C.先向右平移 个单位长度,再向下平移1个单位长度
D.先向左平移 个单位长度,再向上平移1个单位长度
【答案】B
【解析】根据 , 可判断.
【详解】 ,
所以 先向左平移 个单位长度,再向上平移1个单位长度可得到
的图象.
故选:B.【典例1-2】(2021春·河南许昌·高三许昌实验中学校考)要得到函数 的图象,只需将函
数 的图象( )
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1个单位长度 D.向右平移1个单位长度
【答案】C
【分析】把 化成 可得平移的发现及其长度.
【详解】因为 ,
所以要得到函数 的图象,
只需把函数 的图象上所有的点向左平移1个单位长度.
故选:C.
【变式1-1】(2020春·全国·高三校联考阶段练习)要得到函数 的图象,只需将函数
的图象( )
A.向左平移 个单位 B.向右平移 个单位
C.向左平移 个单位 D.向右平栘 个单位
【答案】C
【解析】由题意利用函数 的图象变换规律,得出结论.
【详解】解:要得到函数 的图象,
只需将函数 的图象向左平移 个单位即可,
故选:C.
【变式1-2】(2022·全国·高三专题练习)为得到函数 的图象,只需将函数
图象上所有的点( )
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
【分析】先得到 ,再利用平移变换求解.
【详解】解:因为 ,
将其图象上所有的点向右平移 个单位长度,得到函数 的图象.A,B,C都不满足.故选:D
【变式1-3】(2022·河南鹤壁·鹤壁高中校考模拟预测)已知函数 ,为了得到函数
的图象只需将y=f(x)的图象( )
A.向右平移 个单位 B.向右平移 个单位
C.向左平移 个单位 D.向左平移 个单位
【答案】C
【分析】根据诱导公式 , 即可得到平移方法.
【详解】函数 ,
,
所以为了得到函数 的图象只需将y=f(x)的图象向左平移 个单位.
故选:C
题型 04 对称轴最值应用
【解题攻略】
正余弦对称轴:
最值处,令sin(ωx+φ) =1,则ωx+φ=kπ+(k∈Z),可求得对称轴方程;
对称轴代入,三角函数部分必为正负1,还可以理解为辅助角那个整体取得最大值或者最小值
【典例1-1】已知函数 的最大值为 ,若存在实数 ,使得对任意实数
,总有 成立,则 的最小值为( )
A. B. C. D.
湖北省荆州市沙市中学2021-2022学年高三上学期数学试题
【答案】B
【分析】
结合三角恒等变换求得 的最大值和最小值,并求得 的最小值.
【详解】
,
当 时 取得最大值为 .当 时 取得最小值为 .
依题意,存在实数 ,使得对任意实数 ,总有 成立,
,
,
是整数, 为奇数,所以 的最小值为 .
故选:B
【典例1-2】(2022届湘赣十四校高三联考第二次考试理数试题=)已知函数 的图象向
右平移 个单位长度得到 的图象,若 为 的一条对称轴,则
__________.
【答案】
【分析】
直接利用三角函数关系式的恒等变换和平移变换得 , ,再利用三角函数对称性列方程求
解即可.
【详解】
设 ,则 , ,
,则 , ,
∴ ,即 ,
∴ , ,
又 是 的一条对称轴,
∴ ,即 .故答案为
【变式1-1】已知把函数 的图象向右平移 个单位长度,再把横坐标缩小到原
来一半,纵坐标不变,得到函数 的图象,若 ,若 , ,则 的最大值
为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】
先化简函数 ,然后根据图像的变换得函数 的解析式,通过判断得 , 同时令 取得最大值
或最小值时, ,再结合函数 的图像,即可求得 的最大值.
【详解】.将图象向右平移至 个单位长度,
再把横坐标缩小到原来一半,纵坐标不变,得到函数 ,可得 ,
所以 , ,
∴ , 同时令 取得最大值或最小值时, .当 , 时,
,
根据函数的图象可知 的最大值为 个周期的长度,即
故选:C.
【变式 1-2】(河南省三门峡市 2021-2022 学年高三上学期阶段性检测理科数学试题).将函数
的图象上的所有点的横坐标缩短为原来的 ,纵坐标不变,再把所得的图象向左平移
个单位长度,然后再把所得的图象向下平移1个单位长度,得到函数 的图象,若 ,
且 ,则 的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】
根据三角函数平移变换,先求得 的解析式.根据 ,可知 ,即
.根据 可分别求得 的最大值和 的最小值,即可求得
的最大值.
【详解】
根据平移变换将函数 的图象上的所有点的横坐标缩短为原来的 ,纵坐标不变,再把所得
的图象向左平移 个单位长度,然后再把所得的图象向下平移1个单位长度,
可得
由 ,可知
即
所以
的最大值为 , 的最小值为
则 的最大值为 , 的最小值为
所以 的最大值为
故选:A
【变式1-3】(2021届安徽省马鞍山二中高三下学期4月高考模拟数学试题)将函数 的图
象向左平移 ( )个单位长度后得到函数 的图象,若使 成立的a、b有
,则下列直线中可以是函数 图象的对称轴的是
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】
根据三角函数平移关系求出 的解析式,结合 成立的 有 ,求出 的关
系,结合最小值建立方程求出 的值即可.
解:将函数 的图象向左平移 ( )个单位长度后得到函数 的图象,
即 ,若 成立,即 ,即
,
则 与 一个取最大值1,一个取最小值−1,不妨设 ,
则 ,得 ,则 ,
∵ ,∴当 时, ,当 时, ,
,则 或 ,即 或 (舍),
即 ,由 ,得 ,
当 时,对称轴方程为 .故选:D.
题型 05 对称中心最值应用
【解题攻略】
正余弦对称中心:零点处,令sin(ωx+φ) =0,ωx+φ=kπ(k∈Z),可求得对称中心的横坐标
对称中心横坐标代入,三角函数那部分必为0
【典例1-1】(2022·全国·高三专题练习)已知函数 的两条相邻对称轴之间
的距离为 ,则下列点的坐标为 的对称中心的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据相邻对称轴之间距离可得最小正周期为 ,由此可求得 ,得到 解析式;利用正弦型函
数对称中心的求法可求得对称中心,对比选项可得结果.
【详解】 两条相邻对称轴之间的距离为 , 最小正周期 ,
解得: , ,
令 ,解得: ,此时 ,
的对称中心为 ,
当 时, 的一个对称中心为 .
故选:C.
【典例1-2】(2022·天津南开·二模)函数 ,其图象的一个最低点是
,距离 点最近的对称中心为 ,则( )
A.
B. 是函数 图象的一条对称轴
C. 时,函数 单调递增
D. 的图象向右平移 个单位后得到 的图象,若 是奇函数,则 的最小值是
【答案】C
【分析】由函数的图像的顶点坐标求出 ,由周期求出 ,由最低点求出 的值,可得函数的解析式,再
利用三角函数的图像和性质,得出结论.
【详解】解: 函数 , 的图象的一个最低点是 ,
距离 点最近的对称中心为 ,
, , ,
, ,解得 , ,因为 ,
令 ,可得 ,所以函数 ,故A错误;
,故函数关于 对称,故B错误;
当 时, ,函数 单调递增,故C正确;
把 的图象向右平移 个单位后得到 的图象,
若 是奇函数,则 , ,即 , ,
令 ,可得 的最小值是 ,故D错误,
故选:C
【变式1-1】.(2022·四川凉山·三模(理))将函数 的图象向左平移 个单位,再将
纵坐标伸长为原来的4倍(横坐标不变)得到函数 的图象,且 的图象上一条对称轴与一个对称
中心的最小距离为 ,对于函数 有以下几个结论:
(1) ;
(2)它的图象关于直线 对称;
(3)它的图象关于点 对称;
(4)若 ,则 ;
则上述结论正确的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【分析】先根据图像平移的性质求出 的函数解析式,逐项代入分析即可.
【详解】解:由题意得:
,向左平移 个单位,再将纵坐标伸长为原来的4倍(横坐标不变)得到函
数 .
对于选项A:由 的图象上一条对称轴与一个对称中心的最小距离为 ,最小正周期 ,即
,解得 ,故 ,所以(1)错误;
当 时,代入 可知 ,故图像的一条对称轴是 ,故(2)正确;
当 时,代入 可知 ,故图像的一个对称点是 ,故(3)正确;
若 ,则 ,所以
因此 在 上的取值范围是 ,故(4)正确;
由上可知(2)(3)(4)正确,正确的个数为 个.故选:C
【变式1-2】(2023·全国·高三专题练习)将函数 的图象分别向左、向右各平移 个
单位长度后,所得的两个图象对称中心重合,则 的最小值为( )
A. B.2 C.3 D.6
【答案】A
【分析】根据三角函数的图象变换求得 和 ,根据函数
与 的对称中心重合,得到 ,即可求解.
【详解】解:将函数 的图象分别向左平移 个单位长度后,
可得
将函数 的图象分别向右各平移 个单位长度后,
可得 ,
因为函数 与 的对称中心重合,所以 ,
即 ,解得 ,所以 的最小值为 .故选:A.
【变式1-3】(2021·安徽·六安一中高三阶段练习(理))已知 的一个对称中心为 ,
把 的图像向右平移 个单位后,可以得到偶函数 的图象,则 的最小值为
( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用辅助角公式将函数化简,即可求出函数的对称中心坐标,再根据三角函数的平移变换规则得
到 的解析式,结合函数的奇偶性,求出 的取值,从而计算可得;
【详解】解:因为 ,令 , ,解得
, ,即函数的对称中心坐标为 , ,所以 , ,把 的图
像向右平移 个单位得到 ,因为 为偶函数,所以
,解得 ,因为 ,所以 ,所以
, 且 ,所以当 时 ;故选:
D
题型 06 辅助角最值
【解题攻略】辅助角范围满足:
【典例1-1】(江西省上饶市(天佑中学、余干中学等)六校2021届高三下学期第一次联考数学试题已知
函数 , 的最小值为 ,则实数 的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】
由 可得出不等式 对任意的 恒成立,化简
得出 ,分 、 两种情况讨论,结合 可求得实数 的取值范围.
【详解】
且 ,
由题意可知,对任意的 , ,
即 ,即 ,
,则 , , ,可得 .
当 时, 成立;
当 时,函数 在区间 上单调递增,则 ,此时 .
综上所述,实数 的取值范围是 .故选:C.
【典例1-2】已知函数 在 上的值域为 ,则
的取值范围为______.【答案】
【分析】
化简得 ,其中 , , ,再结合三角函数的性质可求解.
【详解】由题意得
,其中 , , ,
令 , .因为 , ,故 ,
因为 ,且 ,所以 , ,
故 ,则 .
又当 时, 单调递减,且 ,
,故 .
【变式1-1】.已知函数 ,周期 , ,且在 处取得最大值,则
使得不等式 恒成立的实数 的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】先根据三角恒等变换和三角形函数的性质,以及同角的三角函数的关系可得 ,①,
再根据 ,可得 ,②,通过①②求出 的值,再根据三角函数的性质可得 ,
,求出 ,根据不等式 恒成立,则 ,即可求出答案.
【详解】 ,其中 , 处取得最大值,
,即 , , ,①,
,
, , ,②,
① ②得 , ,即 ,解得 ,
(舍去),
由①得 , , , 在第一象限, 取 , ,由 ,即 , , , , ,
使 最小,则 ,即 ,若不等式 恒成立,则 ,故选:B
【变式1-2】(浙江省绍兴市诸暨市海亮高级中学2021-2022学年高三上学期12月选考数学试题)已知当
时,函数 取到最大值,则 是( )
A.奇函数,在 时取到最小值; B.偶函数,在 时取到最小值;
C.奇函数,在 时取到最小值; D.偶函数,在 时取到最小值;
【答案】B
【分析】由辅助角公式可得 ,根据 时 有最大值可得
,求出 ,再根据奇偶性并计算 、 可得答案.
【详解】 ,取 ,
当 时, 有最大值 ,即 ,所以 ,可得
,
所以 , ,则 ,
因为 ,所以 , 为偶函数,
, ,故B正确,故选:B.
【变式1-3】(江苏省淮安市淮阴中学2020届高三下学期5月高考模拟数学试题)若存在正整数m使得关
于x的方程 在 上有两个不等实根,则正整数n的最小值是______.
【答案】4
【分析】化简 ,因为 ,则 ,
在 上有两个不等实根,转化为 在 上
有两个不等实根,故 ,即可得出答案.
【详解】 ,
其中 , ,
因为 ,则 ,+
在 上有两个不等实根,
在 上有两个不等实根,则 ,所以
①对任意 , ,恒成立.由②得 ,存在 ,成立,
所以 , ,所以 .故答案为:4
题型 07 正余弦换元型最值
【解题攻略】
与 在同一函数中一般可设 进行换元.换元时注意新元的取值范围.
之间的互化关系
1.
2.
【典例1-1】(2021下·上海徐汇·高三南洋中学校考阶段练习)已知函数 ,则
的值域为 .
【答案】
【分析】利用换元法,令 ,进而可得 ,再利用函数的单调性即可求解.
【详解】由 令 ,则
,
所以 ,又对勾函数 的单调递减区间为 , ;
单调递增区间为 , ,结合对勾函数的图象,如下:所以 ,所以 ,所以函数的值域为
.
故答案为: .
【典例1-2】(2022·高三单元测试)函数 的值域为 .
【答案】
【分析】利用 通过换元将原函数转化为含未知量 的函数 ,再解出函数 的值域即
为函数 的值域.
【详解】令 , ,
则 ,即 ,所以 ,
又因为 ,所以 ,
即函数 的值域为 .
故答案为: .
【变式1-1】已知函数 ,则 的最大值为___________.
【答案】 ##
【分析】设 ,用换元法化为二次函数求解.
【详解】设 ,则 ,,
,
∴ 时, ,即 .
故答案为: .
【变式1-2】(2022·全国·高三专题练习)若函数 在 上单
调递减,则实数 的取值范围为
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】化简函数f(x),根据f(x)在区间 上单调递减,f′(x)≤0恒成立,由此解不等式求出a
的取值范围.
【详解】由函数 ,且f(x)在区间 上单调递减,
∴在区间 上,f′(x)=−sin2x+3a(cosx−sinx)+2a−1≤0恒成立,∵设 ,
∴当x∈ 时, ,t∈[−1,1],即−1≤cosx−sinx≤1,令t∈[−1,1],sin2x=1−t2∈[0,1],
原式等价于t2+3at+2a−2≤0,当t∈[−1,1]时恒成立,令g(t)=t2+3at+2a−2,
只需满足 或 或 ,
解得 或 或 ,综上,可得实数a的取值范围是 ,故选:A.
【变式1-3】(河南省信阳高级中学2020-2021学年高三数学试题)已知实数a>0,若函数
9
f (x)=a(sinx+cosx)−sinxcosx−a(x∈R)的最大值为 ,则a的值为____________.
2
【答案】5√2+5
【分析】
利用换元法,令t=sinx+cosx,结合同角三角函数的平方关系,将函数 化为关于 的函数g(t),然后
分类求最值.
π
【详解】设t=sinx+cosx=√2sin(x+ ),则t∈[−√2,√2],则
4
t2=sin2x+cos2x+2sinxcosx=1+2sinxcosx,
t2−1 t2−1 1 1
∴sinxcosx= ,∴g(t)=f (x)=a(sinx+cosx)−sinxcosx−a=at− −a=− t2+at+ −a,
2 2 2 2
a2 1 9
对称轴方程为t=a>0,当0