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高考数学高分突破复习专题一 第1讲

2021-09-14 来源:年旅网


第1讲 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,涉及图象变换问题以及由图象确定解析式问题,主要以选择题、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,主要以解答题的形式考查.

真 题 感 悟

1.(2018·全国Ⅰ卷)已知角α的顶点为坐标原点,始边与x轴的非负半轴重合,终2

边上有两点A(1,a),B(2,b),且cos 2α=3,则|a-b|=( ) 1A.5

5B.5

25C.5

D.1

230

解析 由题意知cos α>0.因为cos 2α=2cos2α-1=3,所以cos α=6,sin α=a-b65,所以|a-b|=5. ±6,得|tan α|=5.由题意知|tan α|=1-25答案 B

π2.(2017·全国Ⅲ卷)设函数f(x)=cosx+3,则下列结论错误的是( )

A.f(x)的一个周期为-2π

B.y=f(x)的图象关于直线x=3对称 π

C.f(x+π)的一个零点为x=6

π

D.f(x)在2,π单调递减



解析 A项,因为f(x)的周期为2kπ(k∈Z且k≠0),所以f(x)的一个周期为-2π,A项正确.

π8π

B项,因为f(x)图象的对称轴为直线x=kπ-3(k∈Z),当k=3时,直线x=3是其对称轴,B项正确.

π3ππ4π7πC项,f(x+π)=cosx+3,将x=6代入得到f6=cos2=0,所以x=6是f(x+

π)的一个零点,C项正确.

π2ππx+2kπ-,2kπ+D项,因为f(x)=cos3的递减区间为 (k∈Z),递增区间为33

2π5ππ2π2π2kπ+3,2kπ+3 (k∈Z),3,π是增区间,所以2,3是减区间,D项错误. 答案 D

3.(2018·全国Ⅰ卷)已知函数f(x)=2cos2x-sin2x+2,则( ) A.f(x)的最小正周期为π,最大值为3 B.f(x)的最小正周期为π,最大值为4 C.f(x)的最小正周期为2π,最大值为3 D.f(x)的最小正周期为2π,最大值为4

cos 2x+135解析 易知f(x)=2cosx-sinx+2=3cosx+1=3+1=2cos 2x+2,则f(x)

2

2

2

2

的最小正周期为π,当2x=2kπ,即x=kπ(k∈Z)时,f(x)取得最大值,最大值为4. 答案 B

4.(2018·全国Ⅱ卷)若f(x)=cos x-sin x在[-a,a]是减函数,则a的最大值是( ) πA. 4

πB. 2

C.3π 4

D.π

π解析 f(x)=cos x-sin x=2cosx+4,且函数y=cos x在区间[0,π]上单调递减,



π

-a≥-4,ππ3π

则由0≤x+4≤π,得-4≤x≤4.因为f(x)在[-a,a]上是减函数,所以3π

a≤4,

πππ

解得a≤4,所以0考 点 整 合

1.常用三种函数的图象与性质(下表中k∈Z) 函数 y=sin x y=cos x y=tan x 图象 递增 区间 递减 区间 奇偶性 对称 中心 对称轴 周期性 ππ2kπ-2,2kπ+2 π3π2kπ+2,2kπ+2 奇函数 (kπ,0) πx=kπ+2 2π [2kπ-π,2kπ] ππkπ-2,kπ+2  奇函数 kπ2,0  π [2kπ,2kπ+π] 偶函数 πkπ+2,0 x=kπ 2π 2.三角函数的常用结论

(1)y=Asin(ωx+φ),当φ=kπ(k∈Z)时为奇函数;

ππ

当φ=kπ+2(k∈Z)时为偶函数;对称轴方程可由ωx+φ=kπ+2(k∈Z)求得. π

(2)y=Acos(ωx+φ),当φ=kπ+2(k∈Z)时为奇函数;

当φ=kπ(k∈Z)时为偶函数;对称轴方程可由ωx+φ=kπ(k∈Z)求得. (3)y=Atan(ωx+φ),当φ=kπ(k∈Z)时为奇函数. 3.三角函数的两种常见变换

热点一 三角函数的定义

【例1】 (1)(2017·北京卷)在平面直角坐标系xOy中,角α与角β均以Ox为始边,1

它们的终边关于y轴对称.若sin α=3,则cos(α-β)=________.

(2)如图,以Ox为始边作角α(0<α<π),终边与单位圆相交于点P,已知点P的坐sin 2α+cos 2α+134

标为-5,5,则=________.

1+tan α

解析 (1)法一 由已知得β=(2k+1)π-α(k∈Z). 11

∵sin α=3,∴sin β=sin[(2k+1)π-α]=sin α=3(k∈Z). 当cos α=

2222

1-sin2α=3时,cos β=-3,

2222117

-+×=-. ∴cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=3×93332222

1-sin2α=-3时,cos β=3,

7

∴cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=-9. 7

综上可知,cos(α-β)=-9. 当cos α=-

法二 由已知得β=(2k+1)π-α(k∈Z),

∴sin β=sin[(2k+1)π-α]=sin α, cos β=cos[(2k+1)π-α]=-cos α,k∈Z.

1

当sin α=3时,cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=-cos2α+sin2α=-(1-sin2α)

17

+sin2α=2sin2α-1=2×-1=-

99. 34

(2)由三角函数定义,得cos α=-5,sin α=5,

2sin αcos α+2cos2α2cos α(sin α+cos α)32182

-5=. ∴原式===2cosα=2×

sin α25sin α+cos α1+cos α

cos α718

答案 (1)-9 (2)25

探究提高 1.当角的终边所在的位置不是唯一确定的时候要注意分情况解决,机械地使用三角函数的定义就会出现错误.

2.任意角的三角函数值仅与角α的终边位置有关,而与角α终边上点P的位置无关.若角α已经给出,则无论点P选择在α终边上的什么位置,角α的三角函数值都是确定的.

【训练1】 (1)(2018·潍坊三模)在直角坐标系中,若角α的终边经过点22

Psin3π,cos3π,则sin(π-α)=( ) 131A.2 B.2 C.-2

3

D.-2 ︵︵︵︵

(2)(2018·北京卷)在平面直角坐标系中,AB,CD,EF,GH是圆x2+y2=1上的四段弧(如图),点P在其中一段上,角α以Ox为始边,OP为终边.若tan α︵A.AB

︵B.CD

︵C.EF

︵D.GH

22

解析 (1)∵角α的终边过点Psin3π,cos3π,且|OP|=1.∴由三角函数定义,知



2π11

sin α=cos3=-2.因此sin(π-α)=sin α=-2. y

(2)设点P的坐标为(x,y),由三角函数的定义得x以P所在的圆弧是EF. 答案 (1)C (2)C 热点二 三角函数的图象 考法1 三角函数的图象变换

【例2-1】 (1)要想得到函数y=sin 2x+1的图象,只需将函数y=cos 2x的图象( )

π

A.向左平移4个单位长度,再向上平移1个单位长度 π

B.向右平移4个单位长度,再向上平移1个单位长度

π

C.向左平移2个单位长度,再向下平移1个单位长度

π

D.向右平移2个单位长度,再向下平移1个单位长度

π

(2)(2018·湖南六校联考)已知函数f(x)=sin(ωx+φ)ω>0,|φ|<2,其图象相邻两条



ππ

对称轴之间的距离为2,将函数y=f(x)的图象向左平移3个单位长度后,得到的图象关于y轴对称,那么函数y=f(x)的图象( )

ππ

A.关于点12,0对称 B.关于点-12,0对称



ππ

C.关于直线x=12对称 D.关于直线x=-12对称

ππ

解析 (1)因为y=sin 2x+1=cos2x-2+1=cos2x-4+1,



π

故只需将函数y=cos 2x的图象向右平移4个单位长度,再向上平移1个单位长度,即可得到函数y=sin 2x+1的图象. (2)由题意,T=π,ω=2.

2π2πππ

又y=f x+3=sin2x+φ+3的图象关于y轴对称.∴φ+3=kπ+2,k∈Z.



πππ

由|φ|<2,取φ=-6,因此f(x)=sin2x-6,



π代入检验f 12=0,A正确.

答案 (1)B (2)A

π3π

探究提高 1.“五点法”作图:设z=ωx+φ,令z=0,2,π,2,2π,求出x的值与相应的y的值,描点、连线可得.

2.在图象变换过程中务必分清是先相位变换,还是先周期变换.变换只是相对于其中的自变量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.

考法2 由函数的图象特征求解析式

π

【例2-2】 (1)函数f(x)=Asin(ωx+φ)A>0,ω>0,|φ|<2的部分图象如图所示,

则函数f(x)的解析式为( )

πA.f(x)=2sinx-6



π

C.f(x)=2sin2x+12



π

B.f(x)=2sin2x-3



π

D.f(x)=2sin2x-6



π

(2)(2018·济南调研)函数f(x)=Asin(ωx+φ)A>0,ω>0,|φ|<2的部分图象如图所



ππ示,若x1,x2∈-6,3,且f(x1)=f(x2),则f(x1+x2)=( )



A.1

1B.2 2C.2

3D.2 5ππ

解析 (1)由题意知A=2,T=412-6=π,ω=2,



因为当x=12时取得最大值2, 5π

+φ, 所以2=2sin2×125ππ

所以2×12+φ=2kπ+2,k∈Z,

π

解得φ=2kπ-3,k∈Z,

ππ

因为|φ|<2,得φ=-3.

π

因此函数f(x)=2sin2x-3.



(2)观察图象可知,A=1,T=π,则ω=2. π

又点-6,0是“五点法”中的始点,



ππ-6+φ=0,φ=. ∴2×

3

π

则f(x)=sin2x+3.



ππ-6+3

π

函数图象的对称轴为x=2=12.

ππ又x1,x2∈-6,3,且f(x1)=f(x2),

x1+x2ππ

所以2=12,则x1+x2=6, 3ππ

+因此f(x1+x2)=sin2×=. 632答案 (1)B (2)D

探究提高 已知函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的图象求解析式时,常采用待定系数法,由图中的最高点、最低点或特殊点求A;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.

π

【训练2】 已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,|φ|<2)的部分图象如图所示.

(1)求函数f(x)的解析式;

1

(2)将函数y=f(x)的图象上各点的纵坐标保持不变,横坐标缩短到原来的2倍,再π

把所得的函数图象向左平移6个单位长度,得到函数y=g(x)的图象,求函数g(x)π

在区间0,8上的最小值.



解 (1)设函数f(x)的最小正周期为T,由题图可知 T2πππA=1,2=3-6=2,

即T=π,所以π=ω,解得ω=2,

π

所以f(x)=sin(2x+φ),又过点6,0,



ππ

+φ由0=sin2×可得

3+φ=2kπ,k∈Z, 6

πππ

则φ=2kπ-3,k∈Z,因为|φ|<2,所以φ=-3,

π

故函数f(x)的解析式为f(x)=sin2x-3.

π4x+(2)根据条件得g(x)=sin, 3

πππ5π

当x∈0,8时,4x+3∈3,6,



π1

所以当x=8时,g(x)取得最小值,且g(x)min=2. 热点三 三角函数的性质 考法1 三角函数性质

【例3-1】 (2018·合肥质检)已知函数f(x)=sin ωx-cos ωx(ω>0)的最小正周期为π.

(1)求函数y=f(x)图象的对称轴方程; π

(2)讨论函数f(x)在0,2上的单调性.



π

解 (1)∵f(x)=sin ωx-cos ωx=2sinωx-4,且T=π,



π

∴ω=2,于是f(x)=2sin2x-4.



ππkπ3π

令2x-4=kπ+2(k∈Z),得x=2+8(k∈Z).

kπ3π

即函数f(x)图象的对称轴方程为x=2+8(k∈Z).

πππ

(2)令2kπ-2≤2x-4≤2kπ+2(k∈Z),

π3π

得函数f(x)的单调递增区间为kπ-8,kπ+8(k∈Z).



π

注意到x∈0,2,所以令k=0,



π3π0,0,得函数f(x)在上的单调递增区间为; 28

3ππ同理,其单调递减区间为8,2.



探究提高 1.讨论三角函数的单调性,研究函数的周期性、奇偶性与对称性,都必须首先利用辅助角公式,将函数化成一个角的一种三角函数.

2.求函数y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的单调区间,是将ωx+φ作为一个整体代入正弦函数增区间(或减区间),求出的区间即为y=Asin(ωx+φ)的增区间(或减区间),但是当A>0,ω<0时,需先利用诱导公式变形为y=-Asin(-ωx-φ),则y=Asin(-ωx-φ)的增区间即为原函数的减区间,减区间即为原函数的增区间. 考法2 三角函数性质与图象的综合应用

【例3-2】 已知函数f(x)=2sin ωxcos ωx+23sin2ωx-3(ω>0)的最小正周期为π.

(1)求函数f(x)的单调递增区间.

π

(2)将函数f(x)的图象向左平移6个单位,再向上平移1个单位,得到函数y=g(x)的图象,若y=g(x)在[0,b](b>0)上至少含有10个零点,求b的最小值. 解 (1)f(x)=2sin ωxcosωx+3(2sin2ωx-1) π

=sin 2ωx-3cos 2ωx=2sin2ωx-3.

由最小正周期为π,得ω=1,

π

所以f(x)=2sin2x-3,

πππ

由2kπ-2≤2x-3≤2kπ+2,k∈Z,

π5π

整理得kπ-12≤x≤kx+12,k∈Z,

π5π

所以函数f(x)的单调递增区间是kπ-12,kπ+12,k∈Z.

π

(2)将函数f(x)的图象向左平移6个单位,再向上平移1个单位,得到y=2sin 2x+1的图象;

所以g(x)=2sin 2x+1.

7π11π

令g(x)=0,得x=kπ+12或x=kπ+12(k∈Z),

所以在[0,π]上恰好有两个零点,若y=g(x)在[0,b]上有10个零点,则b不小于第10个零点的横坐标即可. 11π59π

所以b的最小值为4π+12=12. 探究提高 1.研究三角函数的图象与性质,关键是将函数化为y=Asin(ωx+φ)+B(或y=Acos(ωx+φ)+B)的形式,利用正余弦函数与复合函数的性质求解. 2π

2.函数y=Asin(ωx+φ)(或y=Acos(ωx+φ))的最小正周期T=|ω|.应特别注意y=π

|Asin(ωx+φ)|的最小正周期为T=|ω|. 【训练3】 (2018·湖南师大附中质检)已知向量m=(2cos ωx,-1),n=(sin ωx-cos ωx,2)(ω>0),函数f(x)=m·n+3,若函数f(x)的图象的两个相邻对称中心的距π离为2.

(1)求函数f(x)的单调增区间;

π

(2)若将函数f(x)的图象先向左平移4个单位,然后纵坐标不变,横坐标缩短为原来1ππ的2倍,得到函数g(x)的图象,当x∈4,2时,求函数g(x)的值域.

解 (1)f(x)=m·n+3=2cos ωx(sin ωx-cos ωx)-2+3 π

=sin 2ωx-cos 2ωx=2sin2ωx-4.

依题意知,最小正周期T=π.

π

∴ω=1,因此f(x)=2sin2x-4.



πππ

令-2+2kπ≤2x-4≤2+2kπ,k∈Z,

3ππ

求得f(x)的增区间为-8+kπ,8+kπ,k∈Z.



π

(2)将函数f(x)的图象先向左平移4个单位,

πππx+4-=2sin2x+4的图象. 得y=2sin2

4

π1

然后纵坐标不变,横坐标缩短为原来的2倍,得到函数g(x)=2sin4x+4的图象.



π4x+故g(x)=2sin, 4

ππ5ππ9π由4≤x≤2,知4≤4x+4≤4.

π2

∴-1≤sin4x+4≤2.

故函数g(x)的值域是[-2,1].

1.已知函数y=Asin(ωx+φ)+B(A>0,ω>0)的图象求解析式 ymax-yminymax+ymin

,B=. 22

(2)由函数的周期T求ω,ω=T. (1)A=

(3)利用“五点法”中相对应的特殊点求φ. 2.运用整体换元法求解单调区间与对称性

类比y=sin x的性质,只需将y=Asin(ωx+φ)中的“ωx+φ”看成y=sin x中的“x”,采用整体代入求解.

π

(1)令ωx+φ=kπ+2(k∈Z),可求得对称轴方程; (2)令ωx+φ=kπ(k∈Z),可求得对称中心的横坐标;

(3)将ωx+φ看作整体,可求得y=Asin(ωx+φ)的单调区间,注意ω的符号. 3.函数y=Asin(ωx+φ)+B的性质及应用的求解思路

第一步:先借助三角恒等变换及相应三角函数公式把待求函数化成y=Asin(ωx+φ)+B(一角一函数)的形式;

第二步:把“ωx+φ”视为一个整体,借助复合函数性质求y=Asin(ωx+φ)+B的单

调性及奇偶性、最值、对称性等问题.

一、选择题

1.(2018·全国Ⅲ卷)函数f(x)=πA.4

πB.2

tan x

的最小正周期为( )

1+tan2x

C.π

D.2π

sin xcos xtan xsin xcos x1

解析 f(x)====sin xcos x=22sin 2x,所以f(x)的最1+tan2x1+sin2xcos2x+sin2x

cosx2π

小正周期T=2=π. 答案 C

1ππ2.(2017·全国Ⅲ卷)函数f(x)=5sinx+3+cosx-6的最大值为( )



631A.5 B.1 C.5 D.5 π1πππππ6

x+3=sinx+3,则f(x)=sinx+3+sinx+3=解析 cos x-6=cos2-55

6πsinx+3,函数的最大值为.

5答案 A

2 2sin xa b

=ad-bc,的3.(2018·湖南六校联考)定义一种运算将函数f(x)=c d3 cos x图象向左平移φ(φ>0)个单位,所得图象对应的函数为偶函数,则φ的最小值是( ) π

A.6

πB.3

2πC.3

5πD.6 π解析 f(x)=2cos x-23sin x=4cosx+3,



π

依题意g(x)=f(x+φ)=4cosx+3+φ是偶函数(其中φ>0).



π2∴3+φ=kπ,k∈Z,则φmin=3π. 答案 C

4.偶函数f(x)=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0,0<φ<π)的部分图象如图所示,其中△EFG是斜边为4的等腰直角三角形(E,F是函数与x轴的交点,点G在图象上),则f(1)

的值为( )

2A.2

6B.2

C.2

D.22

解析 依题设,2=|EF|=4,T=8,ω=4. ∵函数f(x)=Asin(ωx+φ)为偶函数,且0<φ<π. π

∴φ=2,在等腰直角△EGF中,易求A=2. πππ

所以f(x)=2sin4x+2=2cos4x,则f(1)=2.

答案 C

ππ

2x+5.(2018·天津卷)将函数y=sin的图象向右平移10个单位长度,所得图象对5应的函数( )

3π5πA.在区间4,4上单调递增

3π

B.在区间4,π上单调递减

5π3π

C.在区间4,2上单调递增

3π

D.在区间2,2π上单调递减



ππ

解析 把函数y=sin2x+5的图象向右平移10个单位长度得函数g(x)=



πππππx-+5=sin 2x的图象,由-+2kπ≤2x≤+2kπ(k∈Z)得-+sin210

224

π3π5π

kπ≤x≤4+kπ(k∈Z),令k=1,得4≤x≤4,即函数g(x)=sin 2x的一个单调递

3π5π增区间为4,4.

答案 A 二、填空题

πππ

6.(2018·江苏卷)已知函数y=sin(2x+φ)-2<φ<2的图象关于直线x=3对称,则φ

的值是________.

πππ2π

解析 由函数y=sin(2x+φ)-2<φ<2的图象关于直线x=3对称,得sin3+φ=



πππ2π7π2πππ

±1.因为-2<φ<2,所以6<3+φ<6,则3+φ=2,φ=-6.

π

答案 -6

π

7.已知函数f(x)=Asin(ωx+φ)A>0,ω>0,|φ|<2的部分图象如图所示,其中|PQ|

=25.则f(x)的解析式为________.

解析 由题图可知A=2,P(x1,-2),Q(x2,2),所以|PQ|=(x1-x2)2+(-2-2)2=(x1-x2)2+42=25.整理得|x1-x2|=2,所以函

2ππ

数f(x)的最小正周期T=2|x1-x2|=4,即ω=4,解得ω=2.又函数图象过点(0, 3ππ

-3),所以2sin φ=-3,即sin φ=-2.又|φ|<2,所以φ=-3,所以f(x)=

ππ2sin2x-3.



ππ答案 f(x)=2sin2x-3



ππ8.(2018·北京卷)设函数f(x)=cosωx-6(ω>0).若f(x)≤f 4对任意的实数x都成

立,则ω的最小值为________.

ππ解析 由于对任意的实数都有f(x)≤f 4成立,故当x=4时,函数f(x)有最大值,



πωπ22π故f 4=1,4-6=2kπ(k∈Z),∴ω=8k+3(k∈Z).又ω>0,∴ωmin=3. 2答案 3 三、解答题

ππ9.已知函数f(x)=4tan xsin2-x·cosx-3-3.

(1)求f(x)的定义域与最小正周期;

ππ(2)讨论f(x)在区间-4,4上的单调性.



π

解 (1)f(x)的定义域为{x|x≠2+kπ,k∈Z},

π

f(x)=4tan xcos xcosx-3-3



π=4sin xcosx-3-3

13

=4sin xcos x+sin x-3

22=2sin xcos x+23sin2x-3 =sin 2x-3cos 2x π

=2sin2x-3.



2π所以f(x)的最小正周期T=2=π.

πππ

(2)由-2+2kπ≤2x-3≤2+2kπ,k∈Z,

π5π

得-12+kπ≤x≤12+kπ,k∈Z.

π5πππππ设A=-4,4,B=x-12+kπ≤x≤12+kπ,k∈Z,易知A∩B=-12,4.



ππππππ

所以当x∈-4,4时,f(x)在区间-12,4上单调递增,在区间-4,-12上单

调递减.

3π

10.(2018·西安模拟)已知函数f(x)=sin2-xsin x-3cos2x+2. (1)求f(x)的最大值及取得最大值时x的值;

2

(2)若方程f(x)=3在(0,π)上的解为x1,x2,求cos(x1-x2)的值.

3

解 (1)f(x)=cos xsin x-2(2cos2x-1)

π13

=2sin 2x-2cos 2x=sin2x-3.



ππ5

当2x-3=2+2kπ(k∈Z),即x=12π+kπ(k∈Z)时,函数f(x)取最大值,且最大值为1.

5

(2)由(1)知,函数f(x)图象的对称轴为x=12π+kπ,k∈Z, 5

∴当x∈(0,π)时,对称轴为x=12π.

2

又方程f(x)=3在(0,π)上的解为x1,x2. 55

∴x1+x2=6π,则x1=6π-x2,

π5

∴cos(x1-x2)=cos6π-2x2=sin2x2-3,

π2

又f(x2)=sin2x2-3=3,



2

故cos(x1-x2)=3. πππ11.设函数f(x)=sinωx-6+sinωx-2,其中0<ω<3,已知f6=0.

(1)求ω;

(2)将函数y=f(x)的图象上各点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),再将得ππ3π到的图象向左平移4个单位,得到函数y=g(x)的图象,求g(x)在-4,4上的最

小值.

ππ

ωx-ωx-解 (1)因为f(x)=sin+sin, 62

31

所以f(x)=2sin ωx-2cos ωx-cos ωx 3313

=2sin ωx-2cos ωx=3sin ωx-cos ωx

22π

ωx-=3sin. 3π由题设知f 6=0,



ωππ

所以6-3=kπ,k∈Z,故ω=6k+2,k∈Z. 又0<ω<3,所以ω=2.

π

(2)由(1)得f(x)=3sin2x-3,



πππ

所以g(x)=3sinx+4-3=3sinx-12.



ππ2ππ3π因为x∈-4,4,所以x-12∈-3,3,

πππ3当x-12=-3,即x=-4时,g(x)取得最小值-2.

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