前言
涉及到\(y=Asin(\omega x+\phi)+k\)型中的参数\(\omega\),\(\phi\)的取值范围或者其具体值时,常常需要做出其函数图像来求解。
一、解析式含参ω
例01若函数\(y=2\sin\omega x+1(\omega>0)\)在区间\(\left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\right]\)上是增函数,求\(\omega\)的取值范围。
法1:用传统方法求得\(f(x)\)的单增区间,令\(2k\pi-\cfrac{\pi}{2}\leq \omega x\leq 2k\pi-\cfrac{\pi}{2}(k\in Z)\),
解得\(\cfrac{2k\pi}{\omega}-\cfrac{\pi}{2\omega} \leq x \leq \cfrac{2k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{2\omega}(k\in Z)\)
即\(f(x)\)的单增区间是\(\left[\cfrac{2k\pi}{\omega}-\cfrac{\pi}{2\omega},\cfrac{2k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{2\omega}\right](k\in Z)\),
令\(k=0\),得到距离原点左右两侧最近的单调递增区间是\(\left[-\cfrac{\pi}{2\omega},\cfrac{\pi}{2\omega}\right]\),
又\(\because f(x)\) 在区间\(\left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\right]\)上单调递增,即 \(\left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}]\subseteq [-\cfrac{\pi}{2\omega},\cfrac{\pi}{2\omega}\right]\),
这样就转化为不等式组,即\(\begin{cases} -\cfrac{\pi}{2}\ge -\cfrac{\pi}{2\omega} \\ \cfrac{2\pi}{3}\leq \cfrac{\pi}{2\omega} \end{cases}\) ,
所以\(\omega\leq \cfrac{3}{4}\),又\(\omega >0\),故\(\omega\in \left(0,\cfrac{3}{4}\right]\)。
法2:\(\because \omega>0,x\in \left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\right] \therefore \omega x \in \left[-\cfrac{\pi\omega}{2},\cfrac{2\pi\omega}{3}\right]\),
又模板函数\(y=sinx\)在原点左右的单调递增区间是\([-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{\pi}{2}]\),将\(\omega x\)视为一个整体,
由\(f(x)\)在\(\left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\right]\)上单调递增,故\(\left[-\cfrac{\pi\omega}{2},\cfrac{2\pi\omega}{3}\right]\subseteq \left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{\pi}{2}\right]\)
\(\therefore \begin{cases} -\cfrac{\pi\omega}{2}\ge -\cfrac{\pi}{2} \\ \cfrac{2\pi\omega}{3}\leq \cfrac{\pi}{2} \end{cases}\),
又\(\omega >0\),故\(\omega\in \left(0,\cfrac{3}{4}\right]\)。
法3:\(\because f(x)\) 在区间\(\left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\right]\)单调递增,
故原点到\(-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\) 的距离不超过\(\cfrac{T}{4}\),
\(\therefore \begin{cases} -\cfrac{\pi}{2} \leq \cfrac{T}{4} \\ \cfrac{2\pi}{3} \leq \cfrac{T}{4} \end{cases}\),
故\(T \ge \cfrac{8\pi}{3}\),即\(T=\cfrac{2\pi}{\omega} \ge \cfrac{8\pi}{3}\),又\(\omega >0\),故\(\omega\in \left(0,\cfrac{3}{4}\right]\)。
例02若函数\(y=2\sin\omega x\)在区间\(\left[-\cfrac{\pi}{3},\cfrac{\pi}{4}\right]\)上的最小值是\(-2\),求\(\omega\)的取值范围。
分析:由于是涉及函数的值域,故我们一般是先求出整体自变量\(\omega x\)的取值范围,故分类讨论如下:
当\(\omega >0\)时,由\(-\cfrac{\pi}{3}\leq x\leq \cfrac{\pi}{4}\),故\(-\cfrac{\omega\pi}{3}\leq x\leq \cfrac{\omega\pi}{4}\),
由于函数的最小值是\(-2\),故需要满足条件\(-\cfrac{\omega\pi}{3}\leq -\cfrac{\pi}{2}\),解得\(\omega \ge \cfrac{3}{2}\);
当\(\omega <0\)时,由\(-\cfrac{\pi}{3}\leq x\leq \cfrac{\pi}{4}\),故\(\cfrac{\omega\pi}{4}\leq x\leq -\cfrac{\omega\pi}{3}\),
由于函数的最小值是\(-2\),故需要满足条件\(\cfrac{\omega\pi}{4}\leq -\cfrac{\pi}{2}\),解得\(\omega \leq -2\);
故\(\omega\)的取值范围为\((-\infty,-2]\cup[\cfrac{3}{2},+\infty)\)。
例03【三轮模拟考试理科用题】
已知函数\(f(x)=sinx+acosx\)的图像的一条对称轴是\(x=\cfrac{5\pi}{3}\),则函数\(g(x)=asinx+cosx\)的最大值是_________.
分析:\(f(x)=sinx+acosx=\sqrt{a^2+1}sin(x+\phi),tan\phi =a\),
由题目可知,\(\cfrac{5\pi}{3}+\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2}\),
故\(\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{5\pi}{3}=k\pi-\cfrac{7\pi}{6}\),
由于\(\phi\)的值只需要考虑其存在性,故从简原则,
令\(k=1\),\(\phi=-\cfrac{\pi}{6}\),从而\(a=tan\phi=tan(-\cfrac{\pi}{6})=-\cfrac{\sqrt{3}}{3}\),
所以\(g(x)=-\cfrac{\sqrt{3}}{3}sinx+cosx=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}sin(x+\theta),tan\theta=-\sqrt{3}\),
故\(g(x)_{max}=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}\).
例04【三轮模拟考试理科用题】
已知函数\(f(x)=2cos(\omega x+\cfrac{\pi}{3})(\omega >0)\)的两个不同的对称中心分别为点\((\cfrac{\pi}{12},0)\),点\((\cfrac{\pi}{4},0)\),则\(\omega\)取得
A、最小值6 \(\hspace{2cm}\) B、最大值6 \(\hspace{2cm}\) C、最小值3 \(\hspace{2cm}\) D、 最大值3
分析:有题目可知\(\omega =\cfrac{2\pi}{T}\),\(T\)越小(越大),则\(\omega\)越大(越小);
若题目中已知的两个对称中心是相邻的,则此时\(T\)最大,
由\(\cfrac{T}{2}=\cfrac{\pi}{4}-\cfrac{\pi}{12}=\cfrac{\pi}{6}\),
故此时\(T_{max}=\cfrac{\pi}{3}\),故\(\omega_{min} =\cfrac{2\pi}{\cfrac{\pi}{3}}=6\).
例05【图像移动后和原图像重合】【2017•临沂模拟】
将函数\(f(x)=sin(\omega x+\phi)\)的图像向左平移\(\cfrac{\pi}{2}\)个单位长度,若所得图像与原图像重合,则\(\omega\)的值不可能等于
分析:给定函数的周期是\(T=\cfrac{2\pi}{\omega}\),
向左平移\(\cfrac{\pi}{2}\)个单位长度,所得图像与原图像重合,
则平移长度必然等于周期的整数倍,
则有\(\cfrac{\pi}{2}=k\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}(k\in Z)\),
即\(\omega=4k(k\in Z)\),故\(\omega\)的值不可能等于6。
例06【图像移动后和原图像对称轴重合】【2017•临沂模拟】
将函数\(y=2sin(\omega x-\cfrac{\pi}{4})(\omega >0)\)的图象分别向左、向右各平移\(\cfrac{\pi}{4}\)个单位长度后,所得的两个图象对称轴重合,则\(\omega\)的最小值为________.
法1:将函数\(y=2sin(\omega x-\cfrac{\pi}{4})(\omega >0)\)的图象向左平移\(\cfrac{\pi}{4}\)个单位长度后,
得到\(y=2sin[\omega (x+\cfrac{\pi}{4})-\cfrac{\pi}{4}]=2sin(\omega x+\cfrac{(\omega-1)\pi}{4})\);
将函数\(y=2sin(\omega x-\cfrac{\pi}{4})(\omega >0)\)的图象向右平移\(\cfrac{\pi}{4}\)个单位长度后,
得到\(y=2sin[\omega (x-\cfrac{\pi}{4})-\cfrac{\pi}{4}]=2sin(\omega x-\cfrac{(\omega+1)\pi}{4})\);
由于平移后的对称轴重合,故自变量的整体差值为\(k\pi\),
故\(\omega x+\cfrac{(\omega-1)\pi}{4}=\omega x-\cfrac{(\omega+1)\pi}{4}+k\pi(k\in Z)\);
化简得到\(\omega=2k(k\in Z)\),又\(\omega>0\);
故\(\omega_{min}=2\)。
法2:【暂作记录,再思考】
将函数\(y=2sin(\omega x-\cfrac{\pi}{4})(\omega >0)\)的图象向左平移\(\cfrac{\pi}{4}\)个单位长度后,
由于周期的作用,其实平移的长度是\(\cfrac{\pi\omega}{4}\);
将函数\(y=2sin(\omega x-\cfrac{\pi}{4})(\omega >0)\)的图象向右平移\(\cfrac{\pi}{4}\)个单位长度后,
由于周期的作用,其实平移的长度也是\(\cfrac{\pi\omega}{4}\);
这样的平移效果,相当于视原图像不动,再将其图像一次平移距离为\(\cfrac{2\pi\omega}{4}\);
由于平移后的对称轴重合,故平移距离应该是\(k\pi\),即\(\cfrac{2\pi\omega}{4}=k\pi\);
化简得到\(\omega=2k(k\in Z)\),又\(\omega>0\);
故\(\omega_{min}=2\)。
解后反思:
1、将周期函数的图像平移后,若所得图像与原图像重合,则平移长度必然等于周期的整数倍,或者平移前后的自变量整体差值为\(k\cdot 2\pi(k\in Z)\);
比如,将\(y=sin(\omega x+\cfrac{\pi}{4})\),向左平移\(\cfrac{\pi}{3}\)个单位,所得图像与原图像重合,求正整数\(\omega\)的最小值;
思路1:由平移长度必然等于周期的整数倍得到,\(\cfrac{\pi}{3}=k\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}\),
整理得到\(\omega=6k(\omega >0)\),故\(\omega_{min}=6\);
思路2:由平移前后的自变量整体差值为\(k\cdot 2\pi(k\in Z)\)得到,\(\omega(x+\cfrac{\pi}{3})+\cfrac{\pi}{4}=\omega x+\cfrac{\pi}{4}+2k\pi\),
整理得到\(\omega=6k(\omega >0)\),故\(\omega_{min}=6\);
2、将周期函数的图像平移后,若所得图像与原图像对称轴重合,则平移长度必然等于半周期的整数倍,或者平移前后的自变量整体差值为\(k\cdot \pi(k\in Z)\);
可仿上引例,自行举例。
例07【2016天津高考文科第8题】
已知\(f(x)=sin^2\cfrac{\omega x}{2}+\cfrac{1}{2}sin\omega x-\cfrac{1}{2}(\omega>0)\),\(x\in R\),若\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内没有零点,则\(\omega\)的取值范围是【D】
分析:\(f(x)=\cfrac{1-cos\omega x}{2}+\cfrac{1}{2}sin\omega x-\cfrac{1}{2}=\cfrac{1}{2}(sin\omega x-cos\omega x)\)
\(=\cfrac{\sqrt{2}}{2}sin(\omega x-\cfrac{\pi}{4})\),
法1:补集法,从数的角度入手分析,假设\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内有零点\(x_0\),使得\(f(x)=\cfrac{\sqrt{2}}{2}sin(\omega x_0-\cfrac{\pi}{4})=0\),
则\(\omega x_0-\cfrac{\pi}{4}=k\pi(k\in Z)\),即\(x_0=\cfrac{k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{4\omega}\),
即\(x_0=\cfrac{(4k+1)\pi}{4\omega}\),又\(\pi<x_0<2\pi\),
则\(\pi<\cfrac{4k+1}{4\omega}<2\pi(k\in Z)\),即\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega<4k+1}\\{8\omega>4k+1}\end{array}\right.\)
由于\(\omega>0\),故给\(k\)赋值从\(k=0\)开始,
①当\(k=0\)时,\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega<1}\\{8\omega>1}\end{array}\right.\),即\(\cfrac{1}{8}<\omega<\cfrac{1}{4}\);
②当\(k=1\)时,\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega<4+1}\\{8\omega>4+1}\end{array}\right.\),即\(\cfrac{5}{8}<\omega<\cfrac{5}{4}\);
③当\(k=2\)时,\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega<8+1}\\{8\omega>8+1}\end{array}\right.\),即\(\cfrac{9}{8}<\omega<\cfrac{9}{4}\);
④当\(k=3\)时,\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega<12+1}\\{8\omega>12+1}\end{array}\right.\),即\(\cfrac{13}{8}<\omega<\cfrac{13}{4}\);
⑤当\(k=4,\cdots\)时,\(\cdots\)
以上情形取并集,得到当函数\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内有零点\(x_0\)时,\(\omega\)的取值范围是\((\cfrac{1}{8},\cfrac{1}{4})\cup(\cfrac{5}{8},+\infty)\),
故函数\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内没有零点时,\(\omega\)的取值范围是\((0,\cfrac{1}{8}]\cup[\cfrac{1}{4},\cfrac{5}{8}]\),故选\(D\)。
法2:直接法,从数的角度入手分析,函数\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内没有零点,则\(sin(\omega x_0-\cfrac{\pi}{4})=0\)在区间\((\pi,2\pi)\)内无解,
则\(k\pi<\omega x-\cfrac{\pi}{4}<k\pi+\pi(k\in Z)\),即\(k\pi+\cfrac{\pi}{4}<\omega x<k\pi+\cfrac{5\pi}{4}(k\in Z)\),
则\(\cfrac{k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{4\omega}<x_0<\cfrac{k\pi}{\omega}+\cfrac{5\pi}{4\omega}\)
即\(\cfrac{(4k+1)\pi}{4\omega}<x<\cfrac{(4k+5)\pi}{4\omega}\)恒成立,由于\(x\in (\pi,2\pi)\),
则\(\cfrac{(4k+1)\pi}{4\omega}\leq \pi\)且\(2\pi\leq \cfrac{(4k+5)\pi}{4\omega}\);
即\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega\ge 4k+1}\\{8\omega\leq 4k+5}\end{array}\right.\)
①当\(k=-1\)时,\(4\omega\ge -3\)且\(8\omega \leq 1\),解得\(0<\omega\leq \cfrac{1}{8}\);
②当\(k=0\)时,\(4\omega\ge 1\)且\(8\omega \leq 5\),解得\(\cfrac{1}{4}\leq \omega\leq \cfrac{5}{8}\);
③当\(k=1\)时,\(4\omega\ge 5\)且\(8\omega \leq 9\),解得\(\cfrac{5}{4}\leq \omega\leq \cfrac{9}{8}\),实质为空集;
④当\(k=2\)时,\(4\omega\ge 9\)且\(8\omega \leq 13\),解得\(\cfrac{9}{4}\leq \omega\leq \cfrac{13}{8}\),实质为空集;
⑤当\(k=3,\cdots\)时,等等,解集都是空集;
综上所述,函数\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内没有零点时,\(\omega\)的取值范围是\((0,\cfrac{1}{8}]\cup[\cfrac{1}{4},\cfrac{5}{8}]\),故选\(D\)。
法3:高考解法,从数的角度入手分析,接上述解法,得到
\(sin(\omega x_0-\cfrac{\pi}{4})=0\)在区间\((\pi,2\pi)\)内无解,
即\(x=\cfrac{k\pi+\frac{\pi}{4}}{\omega}\not\in (\pi,2\pi)\),
则\(\omega \not\in (\cfrac{1}{8},\cfrac{1}{4})\cup (\cfrac{5}{8},\cfrac{5}{4})\cup (\cfrac{9}{8},\cfrac{9}{4})\cup\cdots = (\cfrac{1}{8},\cfrac{1}{4})\cup (\cfrac{5}{8},+\infty)\)
由于函数\(f(x)\)在区间\((\pi,2\pi)\)内没有零点,\(\omega\)的取值范围是\((0,\cfrac{1}{8}]\cup[\cfrac{1}{4},\cfrac{5}{8}]\),故选\(D\)。
法4:如下图所示,从形的角度入手分析:
要使得函数在\((\pi,2\pi)\)内没有零点,则有以下情形成立:
①\(2\pi\leq \cfrac{\pi}{4\omega}\),解得\(0<\omega\leq \cfrac{1}{8}\);
②\(\left\{ \begin{array}{l}{ \cfrac{\pi}{4\omega}\leq \pi }\\ {2\pi \leq \cfrac{5\pi}{4\omega}}\end{array}\right.\) ,解得$ \cfrac{1}{4}<\omega \leq \cfrac{5}{8}$;
③\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{5\pi}{4\omega}\leq \pi}\\{2\pi\leq\cfrac{9\pi}{4\omega}} \end{array}\right.\),解得\(\cfrac{5}{4}<\omega\leq \cfrac{9}{8}\);即\(\omega\in \varnothing\);
④\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{9\pi}{4\omega}\leq \pi}\\{2\pi\leq\cfrac{13\pi}{4\omega}} \end{array}\right.\),解得\(\cfrac{9}{4}<\omega\leq \cfrac{13}{8}\);即\(\omega\in \varnothing\);
⑤\(\cdots\),解得\(\omega\in \varnothing\);
综上所述,\(\omega\)的取值范围是\((0,\cfrac{1}{8}]\cup[\cfrac{1}{4},\cfrac{5}{8}]\),故选\(D\)。
例08【2019届高三理科数学题】
若函数\(f(x)=2sin\omega x(\omega>0)\)在区间\((0,2\pi)\)上恰有两个极大值和一个极小值,则\(\omega\)的取值范围是【】
分析:有题目可知,\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{5}{4}\cdot T<2\pi ①}\\{2\pi\leq \cfrac{7}{4}\cdot T②}\end{array}\right.\),
注意由于是在开区间\((0,2\pi)\)上,故①没有等号,而②有等号;
即\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{5}{4}\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}<2\pi }\\{2\pi\leq \cfrac{7}{4}\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}}\end{array}\right.\),
解得\(\cfrac{5}{4}<\omega\leq \cfrac{7}{4}\)。故选\(A\)。
例08+1【2019届高三理科二轮数学题】
已知函数\(f(x)=cos(\omega x-\cfrac{\pi}{3})(\omega >0)\),且\(f(\cfrac{2\pi}{3})=f(\cfrac{5\pi}{6})\),若\(f(x)\)在\((\cfrac{2\pi}{3},\cfrac{5\pi}{6})\)上有最大值无最小值,则\(\omega\)的最大值为【】
分析:由\(f(\cfrac{2\pi}{3})=f(\cfrac{5\pi}{6})\)可知,函数\(f(x)\)有一条对称轴为\(x=\cfrac{3\pi}{4}\),
且满足\(\omega\cdot \cfrac{3\pi}{4}-\cfrac{\pi}{3}=2k\pi\),\(k\in Z\),即\(\omega =\cfrac{8}{3}k+\cfrac{4}{9}\);
又函数\(f(x)\)在\((\cfrac{2\pi}{3},\cfrac{5\pi}{6})\)上有最大值无最小值,
则\(T>\cfrac{5\pi}{6}-\cfrac{2\pi}{3}=\cfrac{\pi}{6}\),即\(\cfrac{2\pi}{\omega}>\cfrac{\pi}{6}\),
即\(\omega <12\),又由\(\omega =\cfrac{8}{3}k+\cfrac{4}{9}<12\),解得\(k\leq 4\),
故当\(k=4\)时,\(\omega_{max}=\cfrac{8}{3}\times 4+\cfrac{4}{9}=\cfrac{100}{9}\),故选\(D\)。
例09【2019三轮模拟考试理科用题】已知函数\(f(x)=\sqrt{3}sin\cfrac{\omega x}{2}cos\cfrac{\omega x}{2}+cos^2\cfrac{\omega x}{2}-\cfrac{1}{2}(\omega >0)\),把\(f(x)\)的图像向右平移\(\cfrac{\pi}{6\omega}\)个单位,得到函数\(g(x)\)的图像,若\(g(x)\)在区间\([-\cfrac{\pi}{4},\cfrac{3\pi}{4}]\)上单调递增,且在\([0,2\pi]\)上有两个零点,则实数\(\omega\)的取值范围是____________。
分析:将函数\(f(x)\)化简,得到\(f(x)=sin(\omega x+\cfrac{\pi}{6})\),则平移得到\(g(x)=sin\omega x\),做出函数\(g(x)\)的简图如下,
由图可知,若\(g(x)\)在区间\([-\cfrac{\pi}{4},\cfrac{3\pi}{4}]\)上单调递增,且在\([0,2\pi]\)上有两个零点,只需要满足条件
\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{3\pi}{4}\leq \cfrac{\pi}{2\omega}}\\{\cfrac{\pi}{\omega}\leq 2\pi }\end{array}\right.\),解得\(\cfrac{1}{2}\leq \omega \leq \cfrac{2}{3}\);即所求范围为\([\cfrac{1}{2},\cfrac{2}{3}]\)
例10【2019三轮模拟考试理科用题】设函数\(f(x)=sin(\cfrac{\pi}{\omega}x+\phi)\),(\(\omega>0\),\(0\leq \phi\leq \pi\))是\(R\)上的偶函数,且在\((0,3)\)上单调递减,则\(\omega\)的最小值为【】
分析:先由\(R\)上的偶函数,得到\(\phi=\cfrac{\pi}{2}\),故函数转化为\(f(x)=cos\cfrac{\pi}{\omega}x\),做出其函数简图,利用图像得到,\(3\leq \omega\),即\(\omega_{min}=3\),故选\(C\)。
例11【2019三轮模拟考试理科用题】已知函数\(f(x)=sin(\omega x+\phi)(\omega>0,\phi\in (0,2\pi))\)的部分图像如图所示,且\(f(x)\)的图像的一个对称中心为\((\cfrac{\pi}{6},0)\),则\(\omega\)的最小值为【】
法1:由于\(sin\phi=\cfrac{\sqrt{3}}{2}\),则\(\phi=\cfrac{\pi}{3}\),或者\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\),
当\(\phi=\cfrac{\pi}{3}\)时,由于\((\cfrac{\pi}{6},0)\)为其对称中心,则\(\cfrac{\pi}{6} \omega +\cfrac{\pi}{3}=k\pi(k\in Z)\),求得\(\omega =6k-2\),\(\omega_{min}=4\);
当\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\)时,由于\((\cfrac{\pi}{6},0)\)为其对称中心,则\(\cfrac{\pi}{6} \omega +\cfrac{2\pi}{3}=k\pi(k\in Z)\),求得\(\omega =6k-4\),\(\omega_{min}=2\);
则\(\omega_{min}=2\),故选\(C\)。其实此方法还可以再优化,如下,
法2:利用相位法,由于函数\(f(x)\)可以看成先有函数\(y=sinx\)向左平移\(\phi\)的单位得到\(y=sin(x+\phi)\),然后再伸缩得到,
由于图像的最高点在\(y\)轴的左侧,故平移的距离一定大于\(\cfrac{\pi}{2}\),(或者说函数与\(y\)轴的交点在函数的单调递减区间上,故由\(sin\phi=\cfrac{\sqrt{3}}{2}\),平移的距离一定大于\(\cfrac{\pi}{2}\),)
以及\(\phi\in (0,2\pi)\),只能得到\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\),又由于对称中心为\((\cfrac{\pi}{6},0)\),
则\(\cfrac{\pi}{6} \omega +\cfrac{2\pi}{3}=k\pi(k\in Z)\),即\(\omega =6k-4\),从而解得\(\omega_{min}=2\);故选\(C\)。
法3:导数法,\(f'(x)=\omega cos(\omega x+\phi)\),由图像可知,当\(x=0\)时,\(f'(x)<0\),即\(\omega cos\phi<0\),
又\(sin\phi=\cfrac{\sqrt{3}}{2}\),故\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\),又由于对称中心为\((\cfrac{\pi}{6},0)\),
则\(\cfrac{\pi}{6} \omega +\cfrac{2\pi}{3}=k\pi(k\in Z)\),即\(\omega =6k-4\),从而解得\(\omega_{min}=2\);故选\(C\)。
例11【2019届高三理科数学第三轮模拟训练题】已知\(\omega\in N^*\),函数\(f(x)=tan(\omega x+\cfrac{\pi}{6})\)的图像的一个对称中心为\((\cfrac{\pi}{3},0)\),则\(\omega\)的一个可能取值为【】
分析:由题可知,\(\cfrac{\pi}{3}\omega +\cfrac{\pi}{6}=\cfrac{k\pi}{2}\),\(k\in Z\),则\(2\omega+1=3k\),逐项代入验证选\(C\)。
二、解析式含参φ
例09【2018三轮模拟考试理科用题】
设函数\(f(x)=cos2x-\sqrt{3}sin2x\),把\(y=f(x)\)的图像向左平移\(\phi(|\phi|<\cfrac{\pi}{2})\)个单位,得到的函数图像中的一个最低点坐标是\((-\cfrac{\pi}{12},-2)\),一个零点坐标是\((\cfrac{\pi}{6},0)\),则\(f(\phi)\)的值等于多少?
分析:先变形得到\(f(x)=2cos(2x+\cfrac{\pi}{3})\),将其平移得到\(y=2cos[2(x+\phi)+\cfrac{\pi}{3}]\),
由其最低点坐标得到\(2\times(-\cfrac{\pi}{12})+2\phi+\cfrac{\pi}{3}=2k\pi+\pi\),
从而\(\phi=k\pi+\cfrac{5\pi}{12}\),令\(k=0\)解得\(\phi=\cfrac{5\pi}{12}\in (-\cfrac{\pi}{2},-\cfrac{\pi}{2})\),故\(f(\cfrac{5\pi}{12})=-\sqrt{3}\)。
反思:在求解\(\phi\)值时,还可以利用题目给定的零点来计算;还可以先转化为\(f(x)=-2sin(2x-\cfrac{\pi}{6})\)来计算;
例10【三轮模拟考试理科用题】【2018辽宁辽阳一模】
将函数\(y=sin2x-\sqrt{3}cos2x\)的图像向左平移\(\phi(0\leq \phi\leq \cfrac{\pi}{2})\)个单位长度后得到\(f(x)\)的图像,若\(f(x)\)在\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\)上单调递减,则\(\phi\)的取值范围是【】
法1:由题目得到\(y=sin2x-\sqrt{3}cos2x=2sin(2x-\cfrac{\pi}{3})\),则将其向左平移\(\phi\)个单位长度后得到\(f(x)=2sin(2x+2\phi-\cfrac{\pi}{3})\),
由\(2k\pi+\cfrac{\pi}{2}\leq 2x+2\phi-\cfrac{\pi}{3}\leq 2k\pi+\cfrac{3\pi}{2}\),得到单减区间\([k\pi+\cfrac{5\pi}{12}-\phi,k\pi+\cfrac{11\pi}{12}-\phi]\),\(k\in Z\)
由于\(f(x)\)在\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\)上单调递减,故必然满足\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\subseteq [k\pi+\cfrac{5\pi}{12}-\phi,k\pi+\cfrac{11\pi}{12}-\phi]\)
由\(\left\{\begin{array}{l}{k\pi+\cfrac{5\pi}{12}-\phi\leq \cfrac{\pi}{4} }\\{\cfrac{\pi}{2}\leq k\pi+\cfrac{11\pi}{12}-\phi}\end{array}\right.\);解得\(k\pi+\cfrac{\pi}{6}\leq \phi \leq k\pi+\cfrac{5\pi}{12}(k\in Z)\),
令\(k=0\),即得到\(\cfrac{\pi}{6}\leq \phi \leq \cfrac{5\pi}{12}\),故选\(D\)。
法2:由题目得到\(y=sin2x-\sqrt{3}cos2x=2sin(2x-\cfrac{\pi}{3})\),则将其向左平移\(\phi\)个单位长度后得到\(f(x)=2sin(2x+2\phi-\cfrac{\pi}{3})\),
又由于模板函数\(y=sin2x\)的靠近原点的单调递减区间为\([\cfrac{\pi}{4},\cfrac{3\pi}{4}]\),故将\(y=sin2x\)向左平移\(\phi-\cfrac{\pi}{6}\)即得到\(f(x)=2sin(2x+2\phi-\cfrac{\pi}{3})\),
故单调递减区间相应的变化为\([\cfrac{\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6},\cfrac{3\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}]\),又题目给定\(f(x)\)在\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\)上单调递减,
则\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\subseteq [\cfrac{\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6},\cfrac{3\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}]\),
由\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}\leq \cfrac{\pi}{4} }\\{\cfrac{\pi}{2}\leq \cfrac{3\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}}\end{array}\right.\);得到\(\cfrac{\pi}{6}\leq \phi \leq \cfrac{5\pi}{12}\),故选\(D\)。
例11【二轮模拟考试理科用题】【2018福建福州期末】
将函数\(y=f(x)=2sinx+cosx\)的图像向右平移\(\phi\)个单位长度,得到函数\(y=g(x)=2sinx-cosx\),则\(sin\phi\)=__________。
分析:将函数\(f(x)\)化简为\(f(x)==\sqrt{5}(sinx\cdot \cfrac{2}{\sqrt{5}}+cosx\cdot \cfrac{1}{\sqrt{5}})=\sqrt{5}sin(x+\alpha)\),其中\(cos\alpha=\cfrac{2}{\sqrt{5}}\),\(sin\alpha=\cfrac{1}{\sqrt{5}}\),同理将函数\(g(x)\)化简为\(g(x)=\sqrt{5}sin(x-\alpha)\),
由于函数\(f(x)\)向右平移\(\phi\)个单位长度,得到\(y=\sqrt{5}sin(x-\phi+\alpha)\),
则\(\sqrt{5}sin(x-\phi+\alpha)=\sqrt{5}sin(x-\alpha)\)对任意\(x\in R\)恒成立,
故有\(x-\phi+\alpha=2k\pi+x-\alpha\),即\(\phi=2\alpha-2k\pi\),\(k\in Z\),
故\(sin\phi=sin(2\alpha-2k\pi)=sin2\alpha=2sin\alpha\cdot cos\alpha=2\times\cfrac{2}{\sqrt{5}}\times\cfrac{1}{\sqrt{5}}=\cfrac{4}{5}\).
例12【二轮模拟训练限时训练5第10题】
已知函数\(f(x)=cos(2x-\cfrac{2\pi}{3})+sin(2x-\cfrac{3\pi}{2})\),将函数\(f(x)\)的图像向左平移\(\phi(\phi>0)\)个单位长度,得到函数\(g(x)\)的图像,若函数\(g(x)\)的图像关于\(y\)轴对称,则\(\phi\)的最小值是【】
分析:\(f(x)=sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\),\(g(x)=sin(2x+2\phi+\cfrac{\pi}{6})\),由于函数\(g(x)\)的图像关于\(y\)轴对称,则函数\(g(x)\)在\(x=0\)时取到最值,这样将选项代入验证,选\(A\)。
例13【2019届三轮模拟训练限时训练用题】要得到函数\(y=sin(6x-\phi)\)(\(-3\pi<\phi<-\pi\))的图像,只需要将函数\(y=sin6x\)的图像向右平移\(\cfrac{\pi}{12}\)个单位,则\(\phi\)的值为【】
法1:验证法,将函数\(y=sin6x\)的图像向右平移\(\cfrac{\pi}{12}\)个单位,得到\(y=sin(6x-\cfrac{\pi}{2})\),验证选项\(D\),由\(y=sin(6x+\cfrac{3\pi}{2})=sin(6x+2\pi-\cfrac{\pi}{2})=sin(6x-\cfrac{\pi}{2})\),故选项\(D\)正确,同理可以验证排除其他的选项;
法2:计算赋值法,将函数\(y=sin6x\)的图像向右平移\(\cfrac{\pi}{12}\)个单位,得到\(y=sin(6x-\cfrac{\pi}{2})\),
要使得其图像和函数\(y=sin(6x-\phi)\)(\(-3\pi<\phi<-\pi\))的图像重合,则需要\(6x-\cfrac{\pi}{2}+2k\pi=6x-\phi\),
即\(\phi=-2k\pi+\cfrac{\pi}{2}(k\in Z)\),令\(k=1\),得到\(\phi=-\cfrac{3\pi}{2}\in (-3\pi,-\pi)\),故选\(D\)。
例1【2019届高三理科数学第三轮模拟训练题】将函数\(f(x)=sin2x+\sqrt{3}cos2x\)的图像向右平移\(\phi(\phi>0)\)个单位,再向上平移\(1\)个单位,所得的图像经过\((\cfrac{\pi}{8},1)\),则\(\phi\)的最小值为【】
分析:函数经过相应的变换得到,\(y=2sin(2x-2\phi+\cfrac{\pi}{3})\),由于函数图像经过\((\cfrac{\pi}{8},1)\),
则有\(2\times \cfrac{\pi}{8}-2\phi+\cfrac{\pi}{3}=k\pi\),\(k\in Z\),变形整理得到,
\(\phi=\cfrac{k\pi}{2}+\cfrac{7\pi}{24}\),\(k\in Z\),令\(k=0\),得到\(\phi_{min}=\cfrac{7\pi}{24}\),故选\(D\).
三、给定区间含参
例12【二轮模拟考试理科用题】【参数在区间端点处】
【2018辽宁丹东期末】若函数\(f(x)=2sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\)在\([0,\cfrac{x_0}{3}]\)和\([2x_0,\cfrac{7\pi}{6}]\)上都是单调递增函数,则实数\(x_0\)的取值范围是【】法1:从形上入手分析,正确、准确做出函数的图像,是求解的先决条件。
由图像能直观的得到,要使得函数在\([0,\cfrac{x_0}{3}]\)和\([2x_0,\cfrac{7\pi}{6}]\)上都是单调递增函数,
则必须同时满足条件\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{x_0}{3}\leq \cfrac{\pi}{6}}\\{2x_0\ge \cfrac{2\pi}{3}}\end{array}\right.\),解得\(\cfrac{\pi}{3}\leq x_0\leq \cfrac{\pi}{2}\),故选\(B\).
法2:从数上入手分析,用常规方法先求得给定函数的单调递增区间,由\(2k\pi-\cfrac{\pi}{2}\leq 2x+\cfrac{\pi}{6}\leq 2k\pi+\cfrac{\pi}{2}\),
解得单调递增区间为\([k\pi-\cfrac{\pi}{3},k\pi+\cfrac{\pi}{6}]\),\(k\in Z\),
当\(k=0\)时,单增区间为\([-\cfrac{\pi}{3},\cfrac{\pi}{6}]\),
当\(k=1\)时,单增区间为\([\cfrac{2\pi}{3},\cfrac{7\pi}{6}]\),
又题目要求函数在\([0,\cfrac{x_0}{3}]\)和\([2x_0,\cfrac{7\pi}{6}]\)上都是单调递增函数,
则必须同时满足条件\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{x_0}{3}\leq \cfrac{\pi}{6}}\\{2x_0\ge \cfrac{2\pi}{3}}\end{array}\right.\),解得\(\cfrac{\pi}{3}\leq x_0\leq \cfrac{\pi}{2}\),故选\(B\).