三角函数sin、cos和tan的图像是学习三角学的基础,必须深刻理解和记忆。掌握这些函数的图像,其性质就一目了然了,这对于后续解题至关重要。
首先来看正弦函数sin(x)的基本特性:
定义域:全体实数R;
值域:[-1,1];
周期:2π;
最值:当x=π/2+2kπ(k∈Z)时取得最大值1,
当x=3π/2+2kπ(k∈Z)时取得最小值-1;
零点位置:x=πk(k∈Z)时;
奇偶性:奇函数;
对称性:关于点(πk,0)(k∈Z)中心对称,
关于直线x=π/2+πk(k∈Z)轴对称;
单调性:在区间[π/2+2kπ,3π/2+2kπ](k∈Z)单调递减,
在区间[-π/2+2kπ,π/2+2kπ](k∈Z)单调递增。
接下来是余弦函数cos(x)的性质:
定义域:全体实数R;
值域:[-1,1];
周期:2π;
最值:当x=2kπ(k∈Z)时取得最大值1,
当x=π+2kπ(k∈Z)时取得最小值-1;
零点位置:x=π/2+πk(k∈Z)时;
奇偶性:偶函数;
对称性:关于点(π/2+πk,0)(k∈Z)中心对称,
关于直线x=πk(k∈Z)轴对称;
单调性:在区间[2kπ,π+2kπ](k∈Z)单调递减,
在区间[π+2kπ,2π+2kπ](k∈Z)单调递增。
最后是正切函数tan(x)的性质:
定义域:x≠π/2+kπ(k∈Z);
值域:全体实数R;
周期:π;
最值:无最大值也无最小值;
零点位置:x=πk(k∈Z)时;
奇偶性:奇函数;
对称性:关于点(kπ/2,0)(k∈Z)中心对称;
单调性:在区间(-π/2+kπ,π/2+kπ)(k∈Z)单调递增。
三角函数的一般形式可以表示为f(x)=Asin(wx+φ)+B;
其中各个参数的含义如下:
A参数控制函数图像在y轴方向上的伸缩,|A|越大,图像越”高”,|A|越小,图像越”矮”;
B参数控制函数图像在y轴方向上的平移,B>0时整体向上平移,B<0时整体向下平移;
w参数控制函数图像在x轴方向上的伸缩,|w|越大,图像越”窄”,|w|越小,图像越”宽”;
三角函数的周期计算公式为T=2π/w;
φ参数控制函数图像在x轴方向上的平移,但要注意x轴方向上的实际平移量是由φ/w决定的,即三角函数的一般形式可以写成
f(x)=Asin[w(x+φ/w)]+B。
这是这部分内容的重要考点。
这部分内容是考试中的常见考点,通常有两种处理方法。
第一种是利用变换理论处理:先分析目标函数是由基本函数经过怎样的平移、伸缩变换得到的,然后根据这些变换得出答案。
这种方法容易出错,尤其是在φ参数的平移问题上,因此不建议使用;
第二种是回归基本函数法:例如:
设函数f(x)=3sin(2x-π/3)-5,求该函数在x∈[π/2,π]区间上的值域?
回归基本函数的方法是将sin(2x-π/3)看作一个整体处理。
因为x∈[π/2,π],所以2x-π/3∈[2π/3,5π/3]。
这样我们就可以在基本正弦函数图像上找到对应区间。
由图可知,当x=2π/3时,函数取得最大值√3/2;
当x=3π/2时,函数取得最小值-1;
因此sin(2x-π/3)的取值范围为[-1,√3/2];
再考虑y轴方向上的变换,就可以求出f(x)的值域为[-8,3√3/2-5]。
所有关于三角函数一般形式的题目都可以采用回归基本函数法求解。
上面求的是y的取值范围,对应基本函数的值与所求函数的值是一致的;如果求的是x的取值范围,则在找到基本函数上的位置后,还需要还原到所求函数上。
例如,对于上面的函数,我们求它的单调递减区间。
通过回归基本函数可以看出,单调递减区间是[2π/3,3π/2],但这还不是最终答案,我们需要还原到所求函数上。
也就是说,上述区间是2x-π/3的取值范围,而我们需要的是x的取值范围,因此要解不等式
2π/3≤2x-π/3≤3π/2,解得x∈[5π/6,5π/4],这才是所求函数的单调递减区间。
例1,给出函数图像如下:
写出这个函数f(x)=Asin(wx+φ)+B(A>0,w>0)的解析式。
首先求A和B,如图,函数图像的最大值与最小值互为相反数,说明B=0,而A的值就是最大值的绝对值,因此A=2,B=0;
再求w,利用周期求解。可以确定的周期差值包括:相邻零点之间的距离为T/2;隔一个零点的两个零点之间的距离为T;从最大值到下一个最小值之间的距离为T/2;从最大值到下一个零点之间的距离为T/4;从最小值到下一个零点之间的距离为T/4。
本题中π/12到π/3之间的差值是T/4,因此T=π,再由T=2π/w求出w=2;
最后求φ,利用回归基本函数法。
π/12对应的原始函数位置是π/2,因此当x=π/12时,2x+φ=π/2,解出φ=π/3。
因此该函数解析式为f(x)=2sin(2x+π/3)。
例2,给出函数图像如下:
写出这个函数f(x)=Asin(wx+φ)+B(A>0,w>0)的解析式。
首先求A和B,如图,函数图像的最大值与最小值不互为相反数,此时A=(最大值-最小值)/2,B=(最大值+最小值)/2。因此A=3,B=-1。
再求w,利用周期求解。由于函数图像有垂直平移,能确定周期的差值只有:隔一个零点的两个零点之间的距离为T;从最大值到下一个最小值之间的距离为T/2。
因此本题只有π/12到π/2之间的差值可以确定为T/2,因此T=5π/6,再由T=2π/w求出w=12/5;
最后求φ,利用回归基本函数法。
π/12对应的原始函数位置是π/2,因此当x=π/12时,12x/5+φ=π/2,解出φ=3π/10。
因此该函数解析式为f(x)=3sin(12x/5+3π/10)-1。
以上是三角函数图像与性质的主要内容。
这一部分非常重要,每个知识点都是考试考点,特别是三个函数的图像和回归基本函数法必须熟练掌握并灵活应用。
下一节我们将学习三角函数的化简。
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