第7节函数y=Asin(ωx+φ)的图象及应用--备战2022年高考数学一轮复习试题(创新设计版).pdf

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1、第 7 节 函数 yAsin(x)的图象及应用 知 识 梳 理 1“五点法”作函数 yAsin(x)(A0,0)的简图“五点法”作图的五点是在一个周期内的最高点、最低点及与 x 轴相交的三个点,作图时的一般步骤为:(1)定点:如下表所示 X 2 32 2 x 0 2 32 2 yAsin(x)0 A 0 A 0(2)作图:在坐标系中描出这五个关键点,用平滑的曲线顺次连接得到 yAsin(x)在一个周期内的图象(3)扩展:将所得图象,按周期向两侧扩展可得yAsin(x)在 R 上的图象 2函数 yAsin(x)中各量的物理意义 当函数 yAsin(x)(A0,0),x0,)表示简谐振动时,几个相

2、关的概念如下表:简谐振动 振幅 周期 频率 相位 初相 yAsin(x)(A0,0),x0,)A T2 f1T x 3.函数 ysin x 的图象经变换得到 yAsin(x)的图象的两种途径 1由函数 ysin x 的图象经过变换得到 yAsin(x)的图象,当先伸缩再平移时,要把 x 前面的系数提取出来 2复合形式的三角函数的单调区间的求法函数 yAsin(x)(A0,0)的单调区间的确定,基本思想是把 x 看作一个整体若 0,|2的部分图象,已知函数图象经过P512,2,Q76,0 两点,则_,_ 答案 2 3 解析 因为 f(x)过一个周期内的关键点 P512,2,Q76,0,故34T7

3、6512(T 为最小正周期),即34234,解得 2,由 f(x)的图象经过点 P512,2 得 sin561,则5622k(kZ),则 32k(kZ),又|2,则 3.考点一 函数 yAsin(x)的图象及变换【例 1】设函数 f(x)sin x 3cos x(0)的周期为.(1)用五点法作出它在长度为一个周期的闭区间上的图象;(2)(一题多解)说明函数 f(x)的图象可由 ysin x 的图象经过怎样的变换而得到 解 f(x)sin x 3cos x 212sin x32cos x 2sinx3,又T,2,即 2,f(x)2sin2x3.(1)令 z2x3,则 y2sin2x32sin z

4、.列表,并描点画出图象:x 6 12 3 712 56 z 0 2 32 2 ysin z 0 1 0 1 0 y2sin2x3 0 2 0 2 0(2)法一 把 ysin x 的图象上所有的点向左平移3个单位,得到 ysinx3的图象;再把 ysinx3的图象上的点的横坐标缩短到原来的12倍(纵坐标不变),得到 ysin2x3的图象;最后把 ysin2x3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 y2sin2x3的图象 法二 将 ysin x 的图象上每一点的横坐标缩短为原来的12倍(纵坐标不变),得到ysin 2x 的图象;再将 ysin 2x 的图象向左平移6个单位,得

5、到 ysin 2x6sin2x3的图象;再将 ysin2x3的图象上每一点的纵坐标伸长到原来的 2倍(横坐标不变),得到 y2sin2x3的图象 感悟升华 作函数 yAsin(x)(A0,0)的图象常用如下两种方法:(1)五点法作图,用“五点法”作 yAsin(x)的简图,主要是通过变量代换,设 zx,由 z 取 0,2,32,2 来求出相应的 x,通过列表,计算得出五点坐标,描点后得出图象;(2)图象的变换法,由函数 ysin x 的图象通过变换得到 yAsin(x)的图象有两种途径:“先平移后伸缩”与“先伸缩后平移”【训练 1】设函数 f(x)cos(x)0,20 的最小正周期为,且 f4

6、32.(1)求 和 的值;(2)在给定坐标系中作出函数 f(x)在0,上的图象 解(1)T2,2,又 f4cos24 32,sin 32,又20,3.(2)由(1)得 f(x)cos2x3,列表:2x3 3 0 2 32 53 X 0 6 512 23 1112 f(x)12 1 0 1 0 12 描点画出图象(如图)考点二 由图象求函数 yAsin(x)的解 析式 【例 2】(1)函数 f(x)2sin(x)0,22的部分图象如图所示,则 _,_ (2)(一题多解)函数 f(x)Asin(x)(A0,0,|)的部分图象如图所示,则函数 f(x)的解析式为_ 答案(1)2 3(2)f(x)2s

7、in2x3 解析(1)由题图可知,3T43425123,得 2.又函数过点512,2,f(x)2sin(2x),故 25122k2,kZ,得 2k3,kZ,22,3.(2)由题图可知 A 2,法一 T471234,所以 T,故 2,因此 f(x)2sin(2x),又3,0 对应五点法作图中的第三个点,因此 23,所以 3,故 f(x)2sin2x3.法二 以3,0 为第二个“零点”,712,2 为最小值点,列方程组3,71232,解得2,3,故 f(x)2sin2x3.感悟升华 已知 f(x)Asin(x)(A0,0)的部分图象求其解析式时,A 比较容易看图得出,困难的是求待定系数 和,常用如

8、下两种方法:(1)五点法,由 2T即可求出;确定 时,若能求出离原点最近的右侧图象上升(或下降)的“零点”横坐标 x0,则令 x00(或 x0),即可求出;(2)代入法,利用一些已知点(最高点、最低点或“零点”)坐标代入解析式,再结合图形解出 和,若对 A,的符号或对 的范围有要求,则可用诱导公式变换使其符合要求【训练 2】(1)已知 f(x)Asin(x)(A0,0,00,0,0)的部分图象如图所示,则 _,为了得到 g(x)Acos x 的图象,需将函数 yf(x)的图象最少向左平移_个单位长度 答案(1)B(2)6 3 解析(1)由函数的图象可得 A2,T243224,解得 12.又图象

9、经过2,0,02sin122,0,34,故 f(x)的解析式为 f(x)2sin12x34,所以f(2 021)2sin122 02134 2.故选 B.(2)由题图知 A2,T236,所以2T2,所以 f(x)2sin(2x),把点3,2 代入,得 sin23 1,所以2322k(kZ),即 62k(kZ),又0)上是减函数(1)求 f(x)的最小正周期和对称轴方程;(2)(一题多解)求实数 a 的取值范围 解(1)f(x)2cos x32cos x12sin x 32(1cos 2x)12sin 2x sin2x332.所以 f(x)的最小正周期为 T2.令 2x3k2,kZ,解得 xk2

10、12,kZ,所以 f(x)的对称轴方程为 xk212,kZ.(2)法一 由(1)可知 f(x)在12,712上是减函数 因为412,712,所以要使得 f(x)在4a,4a 上是减函数,只需满足4a712,4a12,解得 a6.又 a0,所以实数 a 的取值范围0,6.法二 因为 f(x)在4a,4a 上是减函数,所以4a 4a T22,即 0a4.由(1)可知 f(x)在k12,k712(kZ)上是减函数,所以4ak12,且4ak712,即 ak3,且 ak6,kZ.结合 0a4,解得 k0,所以 00,|2)在区间2,上的图象如图所示,则,的值分别是()A2,3 B2,23 C12,3 D

11、12,23 答案 A 解析 由题图可知 T263,所以2T2,又 sin26 0,所以32k(kZ),即 32k(kZ),而|0,将函数 y sinx6的图象向左平移3个单位长度后与函数 y cosx6的图象重合,则 的最小值为()A.12 B.32 C.52 D1 答案 B 解析 将函数 ysinx6的图象向左平移3个单位长度后得到图象对应的函数为 ysinx36与函数 ycosx6的图象重合,所以 sinx36 cosx6,即32k2(kZ),解得 6k32(kZ),所以当 k0 时,有最小值且为32,故选 B.3函数 f(x)3sin2xlog12x 的零点的个数是()A2 B3 C4

12、D5 答案 D 解析 函数 y3sin2x 的周期 T224,由 log12x3,可得 x18.由 log12x3,可得 x8.在同一平面直角坐标系中,作出函数 y3sin2x 和 ylog12x 的图象(如图所示),易知有 5 个交点,故函数 f(x)有 5 个零点 4(2020全国卷)已知函数 f(x)sin x1sin x,则()Af(x)的最小值为 2 Bf(x)的图象关于 y 轴对称 Cf(x)的图象关于直线 x 对称 Df(x)的图象关于直线 x2对称 答案 D 解析 当 x2,0 时,f(x)0,f(x)min0,0,|)是奇函数,将 yf(x)的图象上所有点的横坐标伸长到原来的

13、 2 倍(纵坐标不变),所得图象对应的函数为 g(x)若 g(x)的最小正周期为 2,且 g4 2,则 f38()A2 B 2 C.2 D2 答案 C 解析 因为 f(x)是奇函数(显然定义域为 R),所以 f(0)Asin 0,所以 sin 0.又|0),yf(x)的图象与直线 y2 的两个相邻交点的距离等于,则 f(x)的单调递增区间是()A.k12,k512,kZ B.k3,k6,kZ C.k512,k1112,kZ D.k6,k23,kZ 答案 B 解析 f(x)3sin xcos x2sinx6.因为函数f(x)的图象与直线y2的两个相邻交点的距离等于,则函数 f(x)的最小正周期为

14、2,解得 2,则 f(x)2sin2x6,令22k2x622k,kZ 得3kx6k,kZ,所以函数 f(x)的单调递增区间为3k,6k,kZ,故选 B.二、填空题 7(2016浙江卷)已知 2cos2xsin 2xAsin(x)b(A0),则 A_,b_ 答案 2 1 解析 2cos2xsin 2xcos 2x1sin 2x 222cos 2x22sin 2x 1 2sin2x41 Asin(x)b(A0),A 2,b1.8(2018全国卷)函数 f(x)cos3x6在0,的零点个数为_ 答案 3 解析 由题意知 cos3x60,所以 3x62k,kZ,所以 x9k3,kZ,当 k0 时,x9

15、;当 k1 时,x49;当 k2 时,x79,均满足题意,所以函数 f(x)在0,上的零点个数为 3.9已知 f(x)sinx3(0),f6f3,且 f(x)在区间6,3上有最小值,无最大值,则 _.答案 143 解析 依题意,x6324时,y 有最小值,sin431,432k32(kZ)8k143(kZ),因为f(x)在区间6,3上有最小值,无最大值,所以34,即 12,令 k0,得 143.10已知函数 f(x)asin 2x(a1)cos 2x,aR,则函数 f(x)的最小正周期为_;振幅的最小值为_ 答案 22 解析 由题意得 f(x)asin 2x(a1)cos 2x a2(a1)2

16、sin(2x),其中tan a1a,所 以函 数 f(x)的 最小 正 周 期为22,a2(a1)22a22a1,0),已知 f(x)在0,2有且仅有 5个零点,下述四个结论:f(x)在(0,2)有且仅有 3 个极大值点;f(x)在(0,2)有且仅有 2 个极小值点;f(x)在0,10单调递增;的取值范围是125,2910.其中所有正确结论的编号是()A B C D 答案 D 解析 已知 f(x)sinx5(0)在0,2有且仅有 5 个零点,如图,其图象的右端点的横坐标在a,b)上,此时 f(x)在(0,2)有且仅有 3 个极大值点,但 f(x)在(0,2)可能有 2 或 3 个极小值点,所以

17、正确,不正确;当 x0,2时,x55,25,由 f(x)在0,2有且仅有 5 个零点可得 5256,得 的取值范围是125,2910,所以正确;由知,当 x0,10时,5x5105491002,所以 f(x)在0,10上单调递增,所以正确故选 D.15(一题多解)(2018全国卷)若 f(x)cos xsin x 在a,a是减函数,则 a 的最大值是()A.4 B.2 C.34 D 答案 A 解析 法一 f(x)cos xsin x 2cosx4,且函数 ycos x 在区间0,上单调递减,则由 0 x4,得4x34.因为 f(x)在a,a上是减函数,所以a4,a34,解得 a4,所以 0a4

18、,所以 a 的最大值是4,故选 A.法二 因为 f(x)cos xsin x,所以 f(x)sin xcos x,则由题意知 f(x)sin xcos x0 在a,a上恒成立,即 sin xcos x0,即 2sinx40 在a,a上恒成立,结合函数 y 2sinx4的图象可知有a40,a4,解得 a4,所以 00,在函数 y2sin x 与 y2cos x 的图象的交点中,距离最短的两个交点的距离为 2 3,则 _ 答案 2 解析 由y2sin x,y2cos x,得 sin xcos x,tan x1,xk4(kZ)0,xk4(kZ)设距离最短的两个交点分别为(x1,y1),(x2,y2)

19、,不妨取 x14,x254,则|x2x1|544.又结合图形知|y2y1|2222222 2,且(x1,y1)与(x2,y2)间的距离为 2 3,(x2x1)2(y2y1)2(2 3)2,2(2 2)212,2.17(2021杭州质检)已知函数 f(x)sin2x cos2x3(xR)(1)求函数 f(x)的最小正周期;(2)求函数 f(x)在3,4上的值域 解(1)因为 f(x)sin2xcos2x3 sin2x32sin x12cos x2 sin2x34sin2x32sin xcos x14cos2x 14(cos2xsin2x)342sin xcos x 34sin 2x14cos 2

20、x 12sin2x6,所以函数 f(x)的最小正周期 T222.(2)因为 x3,4,所以 2x656,3.当 2x62,即 x6时,f(x)min12;当 2x63,即 x4时,f(x)max34,所以函数 f(x)在3,4上的值域为12,34.18(2021台州评估测试)已知函数 f(x)cos2x2 3sin xcos xsin2x.(1)求函数 f(x)的最小正周期和最大值;(2)问方程 f(x)23在6,116上有几个不同的实数根?并求这些实数根之和 解(1)因为 f(x)cos 2x 3sin 2x2sin2x6,所以最小正周期 T22.当 2x62k2,kZ,即 xk6,kZ 时,函数 yf(x)取得最大值 2.(2)由 2x6k2,kZ,可得函数 f(x)的对称轴为 xk26,kZ,作出函数 f(x)的图象如图所示 所以方程 f(x)23在6,116上共有 4 个不同的实数根,且这些实数根关于 x56对称,所以这些实数根之和为103.

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