文档文本内容
微专题 2 三角函数的图象与性质
高考定位 三角函数的图象与性质是高考考查的重点和热点内容,主要从以下两
个方面进行考查:1.三角函数的图象,主要涉及图象变换问题以及由图象确定解
析式,常以选择题、填空题的形式考查; 2.利用三角函数的性质求解三角函数
的值、参数、最值、值域、单调区间等,主要以客观题或作为解答题其中一问考
查.
【真题体验】
1.(2022·浙江卷)为了得到函数y=2sin 3x 的图象,只要把函数y=2sin 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
解析 因为y=2sin=2sin,
所以要得到函数y=2sin 3x 的图象,只要把函数y=2sin 的图象上所有的点向右
平移个单位长度,故选D.
2.(2024·新高考Ⅰ卷)当x∈[0,2π]时,曲线y=sin x 与y=2sin 的交点个数为(
)
A.3
B.4
C.6
D.8
答案 C
解析 因为函数y=2sin 的最小正周期T=,
所以函数y=2sin 在[0,2π]上的图象恰好是三个周期的图象,
所以作出函数y=2sin 与y=sin x 在[0,2π]上的图象如图所示,
由图可知,这两个图象共有6 个交点,故选C.
3.(多选)(2024·新高考Ⅱ卷)对于函数f(x)=sin 2x 和g(x)=sin,下列说法中正确的
有( )
A.f(x)与g(x)有相同的零点
B.f(x)与g(x)有相同的最大值
C.f(x)与g(x)有相同的最小正周期
D.f(x)与g(x)的图象有相同的对称轴
答案 BC
解析 对于A,令f(x)=0,则x=,k∈Z,
又g≠0,故A 错误;
对于B,f(x)与g(x)的最大值都为1,故B 正确;
对于C,f(x)与g(x)的最小正周期都为π,故C 正确;
对于D,f(x)图象的对称轴方程为2x=+kπ,k∈Z,即x=+,k∈Z,
g(x)图象的对称轴方程为2x-=+kπ,k∈Z,
即x=+,k∈Z,
故f(x)与g(x)的图象的对称轴不相同,故D 错误.故选BC.
4.(2024·全国甲卷)函数f(x)=sin x-cos x 在[0,π]上的最大值是________.
答案 2
解析 由题意知f(x)=sin x-cos x=2sin,
当x∈[0,π]时,x-∈,
∴sin∈,
于是f(x)∈[-,2],
故f(x)在[0,π]上的最大值为2.
5.(2023·新高考Ⅱ卷)已知函数f(x)=sin(ωx+φ),如图,A,B 是直线y=与曲线y
=f(x)的两个交点,若|AB|=,则f(π)=________.
答案 -
解析 对比正弦函数y=sin x 的图象易知,
点为“五点法”画图中的第五点,
所以ω+φ=2π.①
由题知|AB|=xB-xA=,
两式相减,得ω(xB-xA)=,即ω=,
解得ω=4.代入①,得φ=-,
所以f(π)=sin=-sin=-.
【热点突破】
热点一 三角函数图象的变换
例1 (1)(2024·青岛模拟)为了得到y=sin 2x+cos 2x 的图象,只要把y=cos 2x 的
图象上所有的点( )
A.向右平行移动个单位长度
B.向左平行移动个单位长度
C.向右平行移动个单位长度
D.向左平行移动个单位长度
(2)(2024·延边模拟)将函数f(x)=sin(ω>0)的图象向左平移个单位长度后得到曲线
C,若C 关于y 轴对称,则ω 的最小值是( )
A.
B.
C.
D.
答案 (1)A (2)B
解析 (1)y=sin 2x+cos 2x=sin,
由诱导公式可知y=cos 2x
=sin=sin
又y=sin=sin
则-=,
即只需把图象向右平移个单位.
(2)结合题意可得
f=sin
=sin(ω>0),
因为曲线C 关于y 轴对称,
所以ω+=kπ+(k∈Z),
解得ω=2k+(k∈Z),
因为ω>0,所以当k=0 时,ω 有最小值.
易错提醒 在图象变换中务必分清是先平移,还是先伸缩,左右平移只是对其中
的自变量x 而言的,如果x 的系数不是1,就要把这个系数提取后再确定变换的
单位长度和方向.
训练1 (1)(2024·岳阳质检)已知函数f(x)=sin x+acos x 的一个零点是,将函数y
=f(2x)的图象向左平移个单位长度后所得图象的解析式为( )
A.y=2sin
B.y=2sin
C.y=-2cos 2x
D.y=2cos 2x
(2)(2024·西安模拟)将函数f(x)=2sin 的图象向左平移m(m>0)个单位长度,所得图
象关于原点对称,则m 的值可以是( )
A.
B.π
C.
D.
答案 (1)D (2)D
解析 (1)依题意,f=sin +acos =+a=0,解得a=-,
所以f(x)=sin x-cos x=2sin.
则f(2x)=2sin 的图象向左平移个单位长度得到y=2sin=2sin=2cos 2x 的图象.故
选D.
(2)将函数f(x)=2sin 的图象向左平移m(m>0)个单位,
得y=2sin 的图象,
因为y=2sin 的图象关于原点对称,
所以2m-=kπ,k∈Z,
即m=+,k∈Z,当k=3 时,得m=,
使m=+=,m=+=π,
m=+=的整数k 不存在.
热点二 三角函数的图象与解析式
例2 (1)已知f(x)=2tan(ωx+φ)(ω>0,|φ|<),f(0)=,最小正周期T∈,f(x)图象的
一个对称中心为点,则f 的值为( )
A.-
B.
C.
D.-
(2)(2024·青岛模拟)如图,函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π)的部分图象如图所
示,已知点A,D 为f(x)的零点,点B,C 为f(x)的极值点,AB·DC=-|AB|2,则
函数f(x)的解析式为________.
答案 (1)D (2)f(x)=sin
解析 (1)由f(0)=,
可得2tan φ=,tan φ=,
又|φ|<,所以φ=.
因为f(x)图象的一个对称中心为点,
故ω+ =,k∈Z,得ω=3k-1,k∈Z.
因为T∈,所以<<π,
解得<ω<4,所以ω=2.
故f(x)的解析式为f(x)=2tan,
所以f=2tan=-.
(2)由图可得D,
又T=,则A,B,C,
则AB=,DC=,
则AB·DC=-3=-,
化简得-=0,又ω>0,则ω=,
则有×+φ=π+2kπ(k∈Z),
解得φ=+2kπ(k∈Z),
又0<φ<π,则φ=,
即f(x)=sin.
规律方法 已知图象求函数y=Asin(ωx+φ)+B(A>0,ω>0)的解析式时,常用的
方法是待定系数法.由图中的最高点、最低点或特殊点求A,B;由函数的周期确
定ω;确定φ 常根据“五点法”中的五个点求解,其中一般把第一个零点作为突
破口,可以从图象的升降找准第一个零点的位置.
训练2 (1)(2024·北京石景山模拟)已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)(ω>0,|φ|<)的部分图
象如图所示,则f(-π)的值是( )
A.
B.1
C.-1
D.-
(2)(2024·兰州模拟)已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(其中A>0,ω>0,|φ|<)的最大值为
2,其图象的相邻两条对称轴之间的距离为,将f(x)的图象向左平移个单位长度
后得到g(x)的图象,若g(x)为偶函数,则φ=( )
A.-
B.-
C.
D.
答案 (1)A (2)C
解析 (1)由图象可知-=T,
解得T=π,
因为ω>0,所以ω=,解得ω=2,
将代入解析式化简得sin=1,
因为|φ|<,则+φ=,得φ=,
故f(x)=2sin,
所以f(-π)=2sin=2sin =.
(2)由f(x)的最大值为2,得A=2,
由f(x)图象的相邻两条对称轴之间的距离为,
得=×2,解得ω=2,
∴f(x)=2sin(2x+φ),
∴g(x)=f=2sin
=2sin.
∵g(x)为偶函数,∴+φ=+kπ(k∈Z),
解得φ=+kπ(k∈Z),
又|φ|<,∴φ=.
故选C.
热点三 三角函数的性质
例3 (1)(多选)(2024·聊城模拟)已知函数f(x)=sin+cos ωx(ω>0)的最小正周期为
2,则( )
A.ω=π
B.曲线y=f(x)关于直线x=对称
C.f(x)的最大值为2
D.f(x)在区间上单调递增
(2)(2024·烟台模拟)若函数f(x)=sin ωx+cos ωx-1 在[0,2π]上恰有5 个零点,
且在上单调递增,则正实数ω 的取值范围是________.
答案 (1)AB (2)≤ω≤
解析 (1)f(x)=sin+cos ωx
=sin ωx+cos ωx=sin,
由f(x)的最小正周期为2,故=2,
即ω=π,故A 正确;
当x=时,π×+=,
由x=是函数y=sin x 的对称轴,
故曲线y=f(x)关于直线x=对称,故B 正确;
又sin∈[-1,1],
故f(x)∈[-,],故C 错误;
当x∈时,πx+∈,
由不是函数y=sin x 的单调递增区间,
故不是函数f(x)的单调递增区间,故D 错误.
(2)依题意,函数f(x)=2sin-1,
由f(x)=0,得sin=,
则ωx+=2kπ+或ωx+=2kπ+,k∈Z,
由x∈[0,2π],得ωx+∈,
由f(x)在[0,2π]上恰有5 个零点,
得≤2πω+<,解得≤ω< ,
由-≤ωx+≤,
得-≤x≤,
即函数f(x)在上单调递增,
因此⊆,即-≤-,且≥,解得0<ω≤,
所以正实数ω 的取值范围为≤ω≤.
规律方法 研究三角函数的性质,首先化函数为f(x)=Asin(ωx+φ)+h 的形式,
然后结合正弦函数y=sin x 的性质求f(x)的性质,此时有两种思路:一种是根据
y=sin x 的性质求出f(x)的性质,然后判断各选项;另一种是由x 的值或范围求
得t=ωx+φ 的范围,然后由y=sin t 的性质判断各选项.
训练3 (1)(多选)(2024·济南模拟)已知函数f(x)=cos(ωx+φ)的图象在y 轴上的截
距为,是该函数的最小正零点,则( )
A.φ=
B.f(x)+f′(x)≤2 恒成立
C.f(x)在上单调递减
D.将y=f(x)的图象向右平移个单位长度,得到的图象关于y 轴对称
(2)(2024·邵阳模拟)已知函数f(x)=2sin 在上单调递增,
在[a,π]上单调递减,则实数a 的取值范围为( )
A.
B.
C.
D.
答案 (1)AC (2)C
解析 (1)函数f(x)=cos(ωx+φ)(ω>0,0<φ<)的图象在y 轴上的截距为,
所以cos φ=,因为0<φ<,所以φ=.
故A 正确;
又因为是该函数的最小正零点,
所以cos=0,所以+=,
解得ω=2,所以f(x)=cos,
f′(x)=-2sin,
所以f(x)+f′(x)
=cos-2sin
=cos≤,故B 错误;
当x∈时,2x+∈⊆ (0,π),
故C 正确;
将y=f(x)的图象向右平移个单位长度,
得到y=cos=cos,
是非奇非偶函数,图象不关于y 轴对称,故D 错误.
(2)由2kπ-≤3x+≤2kπ+,k∈Z,
解得-≤x≤+,k∈Z,
∴f(x)的单调增区间为,k∈Z.
∵f(x)在上单调递增,
∴0<a≤,∴0<a≤.
由2kπ+≤3x+≤2kπ+π,k∈Z,
解得+≤x≤+π,k∈Z,
∴f(x)的单调减区间为,k∈Z,
又函数在上单调递减,
∴≤a<π,
∴≤a<π.
综上,≤a≤,
即实数a 的取值范围为.
【精准强化练】
一、单选题
1.(2024·茂名模拟)下列四个函数中,最小正周期与其余三个函数不同的是( )
A.f(x)=cos2x+sin xcos x
B.f(x)=
C.f(x)=cos+cos
D.f(x)=sincos
答案 C
解析 对于A,f(x)=+sin 2x=sin+,∴T1=π.
对于B,sin x≠0 且cos x≠0,
f(x)===tan x,
∴T2=π.
对于C,f(x)=cos x-sin x+cos x+sin x=cos x,∴T3=2π.
对于D,f(x)=sin
=sin ,
∴T4=π.故选C.
2.已知函数f(x)=cos x-cos 2x,则该函数为( )
A.奇函数,最大值为2
B.偶函数,最大值为2
C.奇函数,最大值为
D.偶函数,最大值为
答案 D
解析 函数f(x)的定义域为R,且f(-x)=f(x),则f(x)为偶函数.
f(x)=cos x-cos 2x=cos x-(2cos2x-1)=-2cos2x+cos x+1=-2+,
又cos x∈[-1,1],故f(x)的最大值为,故选D.
3.(2024·长郡中学适考)智能主动降噪耳机工作的原理是通过耳机两端的噪声采集
器采集周围的噪声,然后通过主动降噪芯片生成与噪声相位相反、振幅相同的声
波来抵消噪声(如图).已知噪声的声波曲线y=Acos(ωx+φ)(其中A>0,ω>0,
0≤φ<2π)的振幅为1,周期为2π,初相位为,则通过主动降噪芯片生成的声波曲
线的解析式为( )
A.y=sin x
B.y=cos x
C.y=-sin x
D.y=-cos x
答案 A
解析 因为噪声的声波曲线y=Acos(ωx+φ)(其中A>0,ω>A,0≤φ<2π)的
振幅为1,
则A=1,周期为2π,则ω===1,
初相位为,φ=,所以噪声的声波曲线的解析式为y=cos=-sin x,
所以通过主动降噪芯片生成的声波曲线的解析式为y=sin x.
4.(2024·杭州质检)已知函数f(x)=sin,则下列结论中正确的是( )
A.函数f(x)的最小正周期T=2π
B.函数f(x)的图象关于点中心对称
C.函数f(x)的图象关于直线x=对称
D.函数f(x)在区间上单调递增
答案 D
解析 对于A,函数f(x)=sin 的最小正周期T==π,A 错误;
对于B,由f=sin=1≠0,
得函数f(x)的图象不关于点对称,B 错误;
对于C,由f=sin=0≠±1,
得函数f(x)的图象不关于直线x=对称,C 错误;
对于D,当x∈时,2x-∈,
而正弦函数y=sin x 在上单调递增,
因此函数f(x)在区间上单调递增,D 正确.
5.(2024·北京卷)设函数f(x)=sin ωx(ω>0).已知f(x1)=-1,f(x2)=1,且|x1-x2|的
最小值为,则ω=( )
A.1
B.2
C.3
D.4
答案 B
解析 因为f(x)=sin ωx∈[-1,1],且f(x1)=-1,f(x2)=1,x1,x2分别为f(x)的
最小值点与最大值点,所以|x1-x2|min=,
所以f(x)的最小正周期T=2×=π,
所以ω==2.
6.(2024·衡水调研)若函数f(x)=|tan(ωx-ω)|(ω>0)的最小正周期为4,则在下列区
间中f(x)单调递增的是( )
A.
B.
C.
D.(3,4)
答案 C
解析 作出函数y=|tan u|的图象如图所示.
由图可知,函数y=|tan u|的最小正周期为π,
且其单调递增区间为(k∈Z).
对于函数f(x),其最小正周期T==4,
可得ω=,
则f(x)=.
由kπ<x-<kπ+(k∈Z),
解得4k+1<x<4k+3,其中k∈Z,
所以f(x)的单调递增区间为(4k+1,4k+3)(k∈Z),
所以函数f(x)在上单调递减,在上不单调,在上单调递增,在(3,4)上单调递减.
7.(2024·成都诊断)函数f(x)=sin 在区间[0,m]上的最小值为-,则m 的最大值为
( )
A.
B.
C.
D.π
答案 C
解析 令2x-=kπ+,k∈Z,
解得x=+,k∈Z,
故f(x)的图象在y 轴右侧的第一条对称轴为x=,
而f(0)=-,
而f(x)在[0,m]上的最小值为-,
故m 的最大值为2×-0=,故选C.
8.(2024·泉州质检)已知函数f(x)=sin(ω>0)在区间上单调递增,
则ω 的取值范围是( )
A.[2,5]
B.[1,14]
C.[9,10]
D.[10,11]
答案 D
解析 当x∈时,
ωx+∈,
∵f(x)在上单调递增,
∴(k∈Z),
解得(k∈Z),
又ω>0,∴
解得<k≤,
又k∈Z,∴k=1,∴10≤ω≤11,
即ω 的取值范围为[10,11].
二、多选题
9.(2024·枣庄模拟)已知函数f(x)=sin+cos,则( )
A.f(x)的最大值为2
B.f(x)在上单调递增
C.f(x)在[0,π]上有2 个零点
D.把f(x)的图象向左平移个单位长度,得到的图象关于原点对称
答案 AC
解析 函数f(x)=sin+cos
=sin+cos
=sin+sin
=2sin,x∈R.
故f(x)最大值为2,A 正确;
x∈时,≤2x+≤,f(x)不单调递增,故B 错误;
x∈[0,π]时,≤2x+≤,
可知当2x+=π 以及2x+=2π 时,
即x=以及x=时,f(x)=0 在[0,π]上有2 个零点,故C 正确;
f(x)的图象向左平移个单位长度,
得到g(x)=2sin=2cos 2x,
不关于原点对称,故D 错误.
10.(2024·潍坊模拟)函数f(x)=2sin ωxcos ωx+2cos2ωx-1(0<ω<1)的图象如图所
示,则( )
A.f(x)的最小正周期为2π
B.y=f 是奇函数
C.y=fcos x 的图象关于直线x=对称
D.若y=f(tx)(t>0)在[0,π]上有且仅有两个零点,则t∈
答案 ACD
解析 依题意,f(x)=sin 2ωx+cos 2ωx=2sin,
由f=2,得2ω·+=2kπ+,k∈Z,
解得ω=3k+,k∈Z,
而0<ω<1,解得ω=,f(x)=2sin,
f(x)的最小正周期为2π,A 正确;
y=f=2sin
=2cos 2x 是偶函数,B 错误;
y=fcos x=2sincos x,
令g(x)=2sincos x,
则g=2sincos
=2cos xcos
=2sincos x=g(x),
y=fcos x 的图象关于直线x=对称,C 正确;
f(tx)=2sin,t>0,
当x∈[0,π]时,tx+∈,
依题意,2π≤tπ+<3π,
解得t∈,D 正确.
11.(2024·杭州调研)已知函数f(x)=sin,ω>0,则下列说法正确的是( )
A.f(x)的最大值为2
B.函数f(x)的图象关于直线x=(k∈Z)对称
C.不等式f(x)>的解集为(k∈Z)
D.若f(x)在区间上单调递增,则ω 的取值范围是
答案 BCD
解析 f(x)的最大值为,故A 错误;
令ωx+=kπ+,k∈Z,
得x=·,k∈Z,
所以函数f(x)的图象关于直线
x=(k∈Z)对称,故B 正确;
不等式f(x)>可化为sin>,
则2kπ+<ωx+<2kπ+,k∈Z,
解得<x<,k∈Z,
因此原不等式的解集为(k∈Z),故C 正确;
由2kπ-≤ωx+≤2kπ+,k∈Z,
解得≤x≤,k∈Z.
由f(x)在区间上单调递增,
可得⊆,解得0<ω≤,故D 正确.
三、填空题
12.(2024·重庆质检)将函数f(x)=sin 的图象上每个点的横坐标扩大为原来的2 倍
(纵坐标保持不变),再向左平移个单位长度后得到函数g(x)的图象,则函数g(x)
在x∈[0,π]上的值域为________.
答案
解析 将函数f(x)的图象上每个点的横坐标扩大为原来的2 倍(纵坐标保持不变),
得到y=sin 的图象,
再向左平移个单位长度后得到函数g(x)的图象,
则g(x)=sin=sin.
∵x∈[0,π],∴x+∈,
∴sin∈,
故函数g(x)在x∈[0,π]上的值域为.
13.(2024·人大附中三模)已知函数f(x)=sin(ωπx+φ)(ω>0,0<φ≤π),若f(x)是偶函
数,则φ=________;若圆面x2+y2≤2 恰好覆盖f(x)图象的最高点或最低点共3
个,则ω 的取值范围是________.
答案 [1,2)
解析 因为f(x)是偶函数,
则φ=kπ+,k∈Z,
且0<φ≤π,所以k=0,φ=;
可得f(x)=sin=cos ωπx,
设f(x)的最小正周期为T,
因为f(x)和x2+y2≤2 均关于y 轴对称,
可知圆面在y 轴右侧仅覆盖f(x)图象的1 个最低点,
对于x2+y2=2,令y=±1,解得x=1(不妨只考虑y 轴右侧,舍负);
可得解得1<T≤2,
且ω>0,则1<≤2,解得1≤ω<2,
所以ω 的取值范围是[1,2).
14.(2024·佳木斯调研)已知函数f(x)=2sin(ωx+φ)的部分图象如图,f(x1)=f(x2)=
-,则cos=________.
答案
解析 由题意可知,f(0)=2sin φ=1,即sin φ=.
因为0<φ<,所以φ=,
即f(x)=2sin,
又由f=2sin=0,即+=2kπ+π(k∈Z),
可得ω=+(k∈Z),
设该函数的最小正周期为T,
由题图可知>,
即>5,解得0<ω<,
所以令k=0,得ω=,
即f(x)=2sin,
令x+=mπ+(m∈Z),
得x=1+3m(m∈Z),
由题图知x1+x2=-4,得x2=-4-x1,
且f(x1)=2sin=-,
则cos=cos
=cos
=cos=-sin
=-×=.
四、解答题
15.设函数f(x)=sin x+cos x(x∈R).
(1)求函数y=的最小正周期;
(2)求函数y=f(x)f 在上的最大值.
解 (1)因为f(x)=sin x+cos x,
所以f=sin+cos
=cos x-sin x,
所以y==(cos x-sin x)2=1-sin 2x.
所以函数y=的最小正周期T==π.
(2)f=sin+cos=sin x,
所以y=f(x)f=sin x
=(sin xcos x+sin2x)
=
=sin+,
当x∈时,2x-∈,
所以当2x-=,即x=时,
函数y=f(x)f 在上取得最大值,且ymax=1+.
16.(2024·宜昌模拟)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)+2sin2-1(ω>0,0<φ<π)为偶函数,
且f(x)图象的相邻两对称轴间的距离为.
(1)求f(x)的解析式;
(2)将函数f(x)的图象向右平移个单位长度,再把横坐标缩短为原来的(纵坐标不
变),得到函数g(x)的图象,若g(x)-m=0 在上有两个不同的根,求m 的取值范
围.
解 (1)∵函数f(x)=sin(ωx+φ)+
2sin2-1=sin(ωx+φ)-cos(ωx+φ)
=2sin 为偶函数,
∴φ-=kπ+,k∈Z,
又0<φ<π,可得φ=,
∴f(x)=2sin=2cos ωx.
∵f(x)图象的相邻两对称轴间的距离为,
∴ω=2,∴f(x)=2cos 2x.
(2)将函数f(x)的图象向右平移个单位长度,可得y=2cos 的图象,再将横坐标缩
短为原来的(纵坐标不变),得到函数g(x)=2cos 的图象.
若g(x)-m=0 在上有两个不同的根,则方程cos=在上有两个不同的根,即函数
y=cos 的图象与直线y=在上有两个不同的交点.
∵4x-∈,
cos=cos=,cos 0=1,
∴≤<1,∴1≤m<2.
故m 的取值范围为[1,2).