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    备考2024届高考数学一轮复习讲义第四章三角函数第6讲函数y=Asinωx+φA>0ω>0的图象及其应用
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    备考2024届高考数学一轮复习讲义第四章三角函数第6讲函数y=Asinωx+φA>0ω>0的图象及其应用

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    这是一份备考2024届高考数学一轮复习讲义第四章三角函数第6讲函数y=Asinωx+φA>0ω>0的图象及其应用,共12页。

    设X=ωx+φ,由X取0,π2,π,3π2,2π求出相应的x,通过列表(如下表所示),计算得出五点坐标,描点连线后得出图象.
    2.三角函数的图象变换
    函数y=sin x的图象通过变换得到y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,φ≠0)的图象的两种方法:
    辨析比较
    图象两种变换方法的区别与联系
    3.函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的物理意义
    注意 要求一个函数的初相,应先将函数解析式化成f(x)=Asin(ωx+φ)的形式(其中A>0,ω>0).
    1.要得到f(x)=cs2x-sin2x的图象,只需要将g(x)=cs(2x+π3)的图象( D )
    A.向左平移π3个单位长度B.向右平移π3个单位长度
    C.向左平移π6个单位长度D.向右平移π6个单位长度
    解析 f(x)=cs2x-sin2x=cs 2x,g(x)=cs(2x+π3)=cs[2(x+π6)],故只需将g(x)的图象向右平移π6个单位长度即可.
    2.函数y=2sin(ωx+φ)(ω>0,|φ|<π2)在一个周期内的图象如图所示,则此函数的解析式是( B )
    A.y=2sin(2x-π4)B.y=2sin(2x+π4)
    C.y=2sin(x+3π8)D.y=2sin(x2+7π16)
    解析 设函数的最小正周期为T,由图象可知,T2=5π8-π8=π2,∴T=π.由T=2πω,得ω=2,∴y=2sin(2x+φ).∵点(π8,2)在函数图象上,∴2=2sin(2×π8+φ),∴φ=2kπ+π4,k∈Z,又|φ|<π2,∴φ=π4,故解析式为y=2sin(2x+π4).
    3.[2024江苏淮安模拟]某个弹簧振子做简谐运动,已知在完成一次全振动的过程中,时间t(单位:s)与位移y(单位:cm)之间满足函数关系:y=sin t+cs(t-π6),则这个简谐运动的振幅是( C )
    A.1 cmB.2 cmC.3 cmD.23 cm
    解析 因为y=sin t+cs(t-π6)=sin t+cs tcsπ6+sin tsinπ6=32sin t+32cs t=3sin(t+π6),所以这个简谐运动的振幅是3cm.故选C.
    4.用“五点法”画y=2sin(2x+π3)在一个周期内的简图时,所描的五个点分别是(-π6,0),(π12,2),(π3,0),(7π12,-2), (5π6,0) .
    解析 令2x+π3=2π,则解得x=5π6,故最后一个关键点是(5π6,0).
    研透高考 明确方向
    命题点1 三角函数的图象及变换
    例1 (1)[2021全国卷乙]把函数y=f(x)图象上所有点的横坐标缩短到原来的12倍,纵坐标不变,再把所得曲线向右平移π3个单位长度,得到函数y=sin(x-π4)的图象,则f(x)=( B )
    A.sin(x2-7π12)B.sin(x2+π12)
    C.sin(2x-7π12)D.sin(2x+π12)
    解析 依题意,将y=sin(x-π4)的图象向左平移π3个单位长度,再将所得曲线上所有点的横坐标扩大到原来的2倍,得到f(x)的图象,所以y=sin(x-π4)的图象向左平移π3个单位长度y=sin(x+π12)的图象所有点的横坐标扩大到原来的2倍f(x)=sin(x2+π12)的图象.
    (2)[2023全国卷甲]函数y=f(x)的图象由函数y=cs(2x+π6)的图象向左平移π6个单位长度得到,则y=f(x)的图象与直线y=12x-12的交点个数为( C )
    A.1B.2C.3D.4
    解析 把函数y=cs(2x+π6)的图象向左平移π6个单位长度后得到函数f(x)=cs[2(x+π6)+π6]=cs(2x+π2)=-sin 2x的图象.作出函数f(x)的部分图象和直线y=12x-12,如图所示.观察图象知,共有3个交点.故选C.
    方法技巧
    (1)当x的系数不等于1时,注意先伸缩后平移和先平移后伸缩的区别,同时也要分清哪个是原始函数(图象),哪个是平移后的函数(图象).
    (2)如果平移前后两个图象对应的函数名称不一致,应先利用诱导公式化为同名函数.
    训练1 (1)[2023江西南昌联考]为了得到函数y=2cs(2x-2π3)的图象,只需将函数y=2sin x( A )
    A.图象上所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,再向右平移π12个单位长度
    B.图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,再向左平移π12个单位长度
    C.图象向右平移π3个单位长度,再将所有点的横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变
    D.图象向左平移π6个单位长度,再将所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变
    解析 将函数y=2sin x=2cs(x-π2)的图象上所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,得到函数y=2cs(2x-π2)的图象,再将所得图象向右平移π12个单位长度,得到函数y=2cs[2(x-π12)-π2]=2cs(2x-2π3)的图象,故A正确,B错误.
    将函数y=2sin x=2cs(x-π2)的图象上所有的点向右平移π6个单位长度得到函数y=
    2cs(x-π6-π2)=2cs(x-2π3)的图象,再将所得图象上所有点的横坐标缩短到原来的12,纵坐标不变,得到函数y=2cs(2x-2π3)的图象,故C,D错误.故选A.
    (2)[2023郑州二模]将函数y=sin(2x+π3)图象上的点A(m,n)向右平移14个周期(最小正周期)得到点A',若A'位于函数y=cs 2x的图象上,则m的值可以是( D )
    A.π12B.π6C.π3D.5π12
    解析 函数y=sin(2x+π3)的最小正周期T=2π2=π,设A'(m',n'),由题知将点
    A(m,n)向右平移π4个单位长度得到点A'(m',n'),则m'=m+π4,n'=n,因为A'位于函数y=cs 2x的图象上,所以n'=cs 2m',所以n=cs 2(m+π4),又n=sin(2m+π3),所以sin(2m+π3)=cs 2(m+π4)=cs(2m+π2)=-sin 2m,即sin 2mcsπ3+cs 2msinπ3=
    -sin 2m,化简得32sin 2m=-32cs 2m,所以tan 2m=-33,故2m=-π6+kπ(k∈Z),
    m=-π12+kπ2(k∈Z),当k=1时,m=5π12,故选D.
    命题点2 由图象确定y=Asin(ωx+φ)的解析式
    例2 (1)[2023新高考卷Ⅱ]已知函数f(x)=sin(ωx+φ),如图,A,B是直线y=12与曲线y=f(x)的两个交点,若|AB|=π6,则
    f(π)= -32 .
    解析 对比正弦函数y=sin x的图象,不妨设点(2π3,0)为“五点作图法”中的第五个点,所以2π3ω+φ=2π ①.设A,B的横坐标分别为xA,xB,由题知|AB|=xB-xA=π6,ωxA+φ=π6,ωxB+φ=5π6,两式相减,得ω(xB-xA)=4π6,即π6ω=4π6,解得ω=4.代入①,得φ=
    -2π3,所以f(π)=sin(4π-2π3)=-sin2π3=-32.
    (2)[2021全国卷甲]已知函数f(x)=2cs(ωx+φ)的部分图象如图所示,则满足条件(f(x)-f(-7π4))(f(x)-f(4π3))>0的最小正整数x为 2 .
    解析 由题图可知,34T=13π12-π3=3π4(T为f(x)的最小正周期),解得T=π,所以ω=±2.
    当ω=-2时,f(x)=2cs(-2x+φ),因为π3+T4=π3+π4=712π,所以函数f(x)的图象经过点(712π,-1),所以2cs(-2×712π+φ)=-1,所以-2×712π+φ=π+2kπ,k∈Z,得φ=13π6+2kπ,k∈Z,令k=-1,则φ=π6,所以f(x)=2cs(-2x+π6)=2cs(2x-π6).
    当ω=2时,f(x)=2cs(2x+φ).点(π3,0)可看作“五点作图法”中的第二个点,则2×π3+φ=π2,得φ=-π6,所以f(x)=2cs(2x-π6).
    综上,f(-7π4)=2cs[2×(-7π4)-π6]=2cs(-11π3)=2cs π3=1,f(4π3)=2cs(2×4π3-π6)=2cs5π2=0,所以(f(x)-f(-7π4))(f(x)-f(4π3))>0,即(f(x)-1)
    ·f(x)>0,可得f(x)>1或f(x)<0,所以cs(2x-π6)>12或cs(2x-π6)<0.
    当cs(2x-π6)<0时,π2+2kπ<2x-π6<3π2+2kπ,k∈Z,解得π3+kπ<x<5π6+kπ,k∈Z,此时最小正整数x为2.当cs(2x-π6)>12时,-π3+2kπ<2x-π6<π3+2kπ,k∈Z,解得-π12+kπ<x<π4+kπ,k∈Z,此时最小正整数x为3.综上,最小正整数x为2.
    方法技巧
    确定y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的解析式的步骤与方法
    (1)求A,b.确定函数的最大值M和最小值m,则A=M-m2,b=M+m2.
    (2)求ω.确定函数的最小正周期T,则ω=2πT.
    (3)求φ.常用方法如下:把图象上的一个已知点代入(此时要注意该点在上升区间上还是在下降区间上)或把图象的最高点或最低点代入.
    训练2 (1)[2023芜湖模拟]已知函数f(x)=Acs(ωx+φ)+b(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,将函数f(x)的图象上各点的横坐标拉伸为原来的3倍(纵坐标不变),再向左平移π2个单位长度,得到函数g(x)的图象,则函数g(x)的单调递增区间为( C )
    A.[-3π2+3kπ,3kπ](k∈Z)
    B.[3kπ,3kπ+3π2](k∈Z)
    C.[-7π4+3kπ,-π4+3kπ](k∈Z)
    D.[-π4+3kπ,5π4+3kπ](k∈Z)
    解析 依题意,得A+b=1,-A+b=-3,解得A=2,b=-1,∴f(x)=2cs(ωx+φ)-1,而
    f(π12)=1,f(π3)=-1,设T是f(x)的最小正周期,∴T4=π3-π12=π4,∴T=π,
    ∴ω=2ππ=2,∴f(x)=2cs(2x+φ)-1.又2cs(π6+φ)-1=1,∴π6+φ=2kπ(k∈Z),∵|φ|<π2,∴φ=-π6,∴f(x)=2cs(2x-π6)-1.将函数f(x)的图象上各点的横坐标拉伸为原来的3倍,得到y=2cs(23x-π6)-1的图象,再向左平移π2个单位长度,得到g(x)=2cs(23x+π3-π6)-1=2cs(23x+π6)-1的图象,令-π+2kπ≤23x+π6≤2kπ(k∈Z),解得-7π4+3kπ≤x≤-π4+3kπ(k∈Z),∴函数g(x)的单调递增区间为[-7π4+3kπ,-π4+3kπ](k∈Z).
    (2)[2023山东省泰安一中模拟]函数f(x)=sin(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π2)在区间[-π6,5π6]上的图象如图所示,将该函数图象上各点的横坐标缩短到原来的一半(纵坐标不变),再向右平移θ(θ>0)个单位长度后,所得到的图象关于原点对称,则θ的最小值为( C )
    A.π3B.π6C.π12D.7π24
    解析 由题图可知函数f(x)的最小正周期T=5π6-(-π6)=π,所以ω=2ππ=2,又
    f(π12)=1,故sin(π6+φ)=1,由于0<φ<π2,故φ=π3,所以f(x)=sin(2x+π3).
    将该函数图象上各点的横坐标缩短到原来的一半(纵坐标不变),
    再向右平移θ(θ>0)个单位长度后,得到y=sin(4x-4θ+π3)的图象,因为该函数图象关于原点对称,所以y=sin(4x-4θ+π3)为奇函数,所以-4θ+π3=kπ,k∈Z,解得θ=π12-kπ4,k∈Z,又θ>0,所以θ的最小值为π12,故选C.
    命题点3 三角函数的图象与性质的综合应用
    例3 (1)[2022天津高考]已知f(x)=12sin 2x,关于该函数有下面四个说法:
    ①f(x)的最小正周期为2π;②f(x)在[-π4,π4]上单调递增;③当x∈[-π6,π3]时,f(x)的取值范围为[-34,34];④f(x)的图象可由g(x)=12sin(2x+π4)的图象向左平移π8个单位长度得到.
    以上四个说法中,正确的个数有( A )
    A.1B.2C.3D.4
    解析 ①f(x)的最小正周期为T=2π2=π,故①错误;
    ②解法一 当-π2+2kπ≤2x≤π2+2kπ,k∈Z,即x∈[-π4+kπ,π4+kπ],k∈Z时,f(x)单调递增,又因为[-π4,π4]⊆[-π4+kπ,π4+kπ],k∈Z,故f(x)在[-π4,π4]上单调递增,②正确;
    解法二 当x∈[-π4,π4]时,设t=2x∈[-π2,π2],y=12sin t在[-π2,π2]上单调递增,②正确;
    ③当x∈[-π6,π3]时,2x∈[-π3,2π3],f(x)∈[-34,12],③错误;
    ④f(x)的图象可由g(x)=12sin(2x+π4)=12sin 2(x+π8)的图象向右平移π8个单位长度得到,④错误.故选A.
    (2)[2023广东六校联考]已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,则下列说法正确的是( C )
    A.直线x=π是f(x)图象的一条对称轴
    B.f(x)图象的对称中心为(-π12+kπ,0),k∈Z
    C.f(x)在区间[-π3,π6]上单调递增
    D.将f(x)的图象向左平移π12个单位长度后,可得到一个奇函数的图象
    解析 根据函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象,可得A=2,14·2πω=5π12-π6,所以ω=2.结合“五点作图法”及|φ|<π2,可得2×π6+φ=π2,所以φ=π6,即f(x)=2sin(2x+π6).令x=π,得f(π)=1,不是函数的最值,故直线x=π不是
    f(x)图象的对称轴,故A错误;令2x+π6=kπ,k∈Z,得x=-π12+kπ2,k∈Z,故f(x)图象的对称中心为(-π12+kπ2,0),k∈Z,故B错误;x∈[-π3,π6]时,2x+π6∈[-π2,π2],函数f(x)单调递增,故C正确;将f(x)的图象向左平移π12个单位长度后,可得y=
    2sin(2x+π3)的图象,故D错误.故选C.
    方法技巧
    有关三角函数图象与性质的综合应用问题,常以多选题或填空题的形式出现,破解此类题的关键:
    一是转化思想的应用,如将函数转化为“一角一函数”的形式;
    二是见数思形,熟悉正、余弦及正切函数的图象,并能适时应用;
    三是整体思想的应用,会用整体换元的思想研究函数的性质.
    训练3 (1)[多选/2024江苏省南通市模拟]已知(π3,0)是函数f(x)=sin(ωx+π3)(0<ω<3)图象的一个对称中心,则( AC )
    A.ω=2
    B.x=π6是函数f(x)图象的一条对称轴
    C.将函数f(x)的图象向右平移π6个单位长度后得到的图象关于原点对称
    D.函数f(x)在区间[-π2,0]上的最小值是-32
    解析 对于A,由题意得sin(π3ω+π3)=0,故π3ω+π3=kπ,k∈Z,解得ω=3k-1,k∈Z,又0<ω<3,故0<3k-1<3,解得13<k<43,所以k=1,ω=2,A正确;
    对于B,由选项A可得f(x)=sin(2x+π3),当x=π6时,f(π6)=sin(π3+π3)=32,故x=π6不是函数f(x)图象的对称轴,B错误;
    对于C,将函数f(x)的图象向右平移π6个单位长度后得到g(x)=sin[2(x-π6)+π3]=
    sin 2x的图象,易知g(x)为奇函数,其图象关于原点对称,C正确;
    对于D,令z=2x+π3,当x∈[-π2,0]时,z∈[-2π3,π3],由于y=sin z在区间[-2π3,π3]上的最小值为-1,当且仅当z=-π2时,等号成立,故f(x)在区间[-π2,0]上的最小值是-1,D错误.故选AC.
    (2)[多选/2024福建省漳州市一检]函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<π2)的部分图象如图所示,则下列结论正确的是( ABD )
    A.ω=2
    B.y=f(x)的图象关于直线x=-5π12对称
    C.将y=f(x)的图象向右平移π3个单位长度后,得到的图象关于原点对称
    D.若y=f(λx)(λ>0)在[0,π]上有且仅有一个零点,则λ∈[13,56)
    解析 由题图可得,A=2,设f(x)的最小正周期为T,则T4=π3-π12=π4,故T=π,ω=2,f(x)=2sin(2x+φ),A正确.
    由f(π12)=2sin(π6+φ)=2,得π6+φ=2kπ+π2,k∈Z,解得φ=π3+2kπ,k∈Z,又|φ|<π2,所以φ=π3,f(x)=2sin(2x+π3).
    对于B,当x=-5π12时,2x+π3=-π2,y=f(x)的图象关于直线x=-5π12对称,B正确.
    对于C,将y=f(x)的图象向右平移π3个单位长度后,得到y=2sin[2(x-π3)+π3]=
    2sin(2x-π3)的图象,不关于原点对称,C错误.
    对于D,设f(λx)=2sin(2λx+π3)在[0,π]上的唯一零点为x0,则2λx0+π3∈[π3,2λπ+π3],∴π≤2λπ+π3<2π,∴13≤λ<56,D正确.故选ABD.
    命题点4 三角函数模型的应用
    例4 水车(如图1),又称孔明车,是我国最古老的农业灌溉工具,有1 700余年历史.如图2是一个水车的示意图,它的直径为 3 m,其中心(即圆心)O距水面0.75 m.如果水车每4 min逆时针转3圈,在水车轮边缘上取一点P,我们知道在水车匀速转动时,P点距水面的高度h(单位:m)是一个变量,它是时间t(单位:s)的函数.为了方便,不妨从P点位于水车与水面交点Q时开始计时(t=0),则我们可以建立函数关系式h(t)=
    Asin(ωt+φ)+k(其中A>0,ω>0,|φ|<π2)来反映h随t变化的规律.下面关于函数h(t)的描述,正确的是( D )
    A.最小正周期为80π
    B.一个单调递减区间为[30,70]
    C.y=|h(t)|的最小正周期为40
    D.图象的一条对称轴方程为t=-403
    解析 由题意可得,A=32,k=34,T=4÷3×60=80(T为h(t)的最小正周期),所以ω=π40,由h(0)=0及|φ|<π2可得,φ=-π6,所以h(t)=32sin(π40t-π6)+34.因为T=80,所以A错误;令2kπ+π2≤π40t-π6≤2kπ+3π2(k∈Z),解得80k+803≤t≤80k+2003(k∈Z),取k=0,得[803,2003]为其中一个减区间,因为[30,70]不是[803,2003]的子区间,所以B错误;函数y=|h(t)|=|32sin(π40t-π6)+34|的图象是把y=h(t)的图象在t轴下方的部分翻折到t轴的上方,最小正周期
    仍为80,所以C错误;令π40t-π6=kπ+π2(k∈Z),得t=40k+803(k∈Z),取k=-1得t=-403,即函数图象的一条对称轴方程为t=-403,所以D正确.故选D.
    方法技巧
    构建三角函数模型求解实际问题时,一般需要根据实际问题得到解析式,求得的解析式一般为f(x)=Asin(ωx+φ)+b的形式,然后利用三角函数的有关性质和题中条件进行求解.
    训练4 [2023江西赣州五校联考]在西双版纳热带植物园中有一种原产于美洲热带雨林的时钟花,其花开花谢非常有规律.研究表明,时钟花开花规律与温度密切相关,时钟花开花所需要的温度约为20 ℃,但当气温上升到31 ℃时,时钟花基本都会凋谢.已知某景区有时钟花观花区,且观花区每天6时~14时的气温T(单位:℃)与时间t(单位:时,6时对应t=6)近似满足函数关系式T=25+10sin(π8t+3π4),则每天在6时~14时期间,观花的最佳时段约为(参考数据:sin π5≈0.6.假设在花期内,时钟花每天开闭一次)( C )
    A.6.7时~11.6时B.6.7时~12.2时
    C.8.7时~11.6时D.8.7时~12.2时
    解析 当t∈[6,14]时,π8t+3π4∈[3π2,5π2],则T=25+10sin(π8t+3π4)在[6,14]上单调递增.设花开、花谢的时间分别为t1,t2(t1,t2∈[6,14]).令T=20,则sin(π8t1+3π4)=
    -0.5,即π8t1+3π4=11π6,解得t1=263≈8.7.令T=31,则sin(π8t2+3π4)=0.6≈sinπ5=sin115π,即π8t2+3π4≈11π5,解得t2≈11.6.故每天在6时~14时期间,观花的最佳时段约为8.7时~11.6时.
    课标要求
    命题点
    五年考情
    命题分析预测
    1.结合具体实例,了解y=Asin(ωx+φ)的实际意义;能借助图象理解参数ω,φ,A的意义,了解参数的变化对函数图象的影响.
    2.会用三角函数解决简单的实际问题,体会可以利用三角函数构建刻画事物周期变化的数学模型.
    三角函数的图象及变换
    2023全国卷甲T10;2021全国卷乙T7
    本讲是高考命题热点,主要考查三角函数的图象变换,根据图象求解析式,图象和性质的综合应用以及三角函数模型的应用.题型以选择题和填空题为主,难度中等.在2025年的高考备考中要掌握三角函数的图象及其变换技巧,并能从已知图象中识别出有效信息进行求解,同时关注命题新角度、新综合以及三角函数模型的应用问题.
    由图象确定y=Asin(ωx+φ)的解析式
    2023新高考卷ⅡT16;2021全国卷甲T16;2020新高考卷ⅠT10
    三角函数的图象与性质的综合应用
    2022新高考卷ⅡT9;2022天津T9;2019全国卷ⅢT12
    三角函数模型的应用
    X=ωx+φ
    0
    π2
    π
    3π2

    x
    -φω
    ① π2-φω
    ② π-φω
    ③ 3π2-φω
    ④ 2π-φω
    y=Asin(ωx+φ)
    0
    A
    0
    -A
    0
    区别
    先平移变换(左右平移)再周期变换(伸缩变换),平移的量是|φ|个单位长度,而先周期变换(伸缩变换)再平移变换(左右平移),平移的量是个单位长度.
    联系
    两种变换方法都是针对x而言的,即x本身加减多少,而不是ωx加减多少.平移规律:“左加右减,上加下减”,前提是先把x的系数提取出来.
    y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,
    x≥0)表示一个振动量时
    振幅
    周期
    频率
    相位
    初相
    A
    ⑩ T=2πω
    f=1T=ω2π
    ⑪ ωx+φ
    φ
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