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求正弦型函数的参数的取值范围
阅读量:6980 次
发布时间:2019-06-27

本文共 19553 字,大约阅读时间需要 65 分钟。

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\(\cfrac{2k\pi}{\omega}-\cfrac{\pi}{2\omega} \leq x \leq \cfrac{2k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{2\omega}(k\in Z)\)

\(f(x)\)的单增区间是\(\left[\cfrac{2k\pi}{\omega}-\cfrac{\pi}{2\omega},\cfrac{2k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{2\omega}\right](k\in Z)\)

\(k=0\),得到距离原点左右两侧最近的单调递增区间是\(\left[-\cfrac{\pi}{2\omega},\cfrac{\pi}{2\omega}\right]\)

\(\because f(x)\) 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,

\(f(x)\)\(\left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{2\pi}{3}\right]\)上单调递增,故\(\left[-\cfrac{\pi\omega}{2},\cfrac{2\pi\omega}{3}\right]\subseteq \left[-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{\pi}{2}\right]\)

\(\therefore \begin{cases} -\cfrac{\pi\omega}{2}\ge -\cfrac{\pi}{2} \\ \cfrac{2\pi\omega}{3}\leq \cfrac{\pi}{2} \end{cases}\)

\(\omega >0\),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\(\cfrac{T}{4}\)

\(\therefore \begin{cases} -\cfrac{\pi}{2} \leq \cfrac{T}{4} \\ \cfrac{2\pi}{3} \leq \cfrac{T}{4} \end{cases}\)

\(T \ge \cfrac{8\pi}{3}\),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:

\(\omega >0\)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\(\omega \ge \cfrac{3}{2}\)

\(\omega <0\)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\(\omega \leq -2\)

\(\omega\)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,\(\cfrac{5\pi}{3}+\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2}\)

\(\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{5\pi}{3}=k\pi-\cfrac{7\pi}{6}\)

由于\(\phi\)的值只需要考虑其存在性,故从简原则,

\(k=1\)\(\phi=-\cfrac{\pi}{6}\),从而\(a=tan\phi=tan(-\cfrac{\pi}{6})=-\cfrac{\sqrt{3}}{3}\)

所以\(g(x)=-\cfrac{\sqrt{3}}{3}sinx+cosx=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}sin(x+\theta),tan\theta=-\sqrt{3}\)

\(g(x)_{max}=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}\).

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,

\(\cfrac{T}{2}=\cfrac{\pi}{4}-\cfrac{\pi}{12}=\cfrac{\pi}{6}\)

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

$A.4$ $B.6$ $C.8$ $D.12$

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\(\cfrac{\pi}{2}=k\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}(k\in Z)\)

\(\omega=4k(k\in Z)\),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\(k\pi\)

\(\omega x+\cfrac{(\omega-1)\pi}{4}=\omega x-\cfrac{(\omega+1)\pi}{4}+k\pi(k\in Z)\)

化简得到\(\omega=2k(k\in Z)\),又\(\omega>0\)

\(\omega_{min}=2\)

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\(\omega>0\)

\(\omega_{min}=2\)

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】

\(A、(0,\cfrac{1}{8}]\)
\(B、(0,\cfrac{1}{4}]\cup [\cfrac{5}{8},1)\)
\(C、(0,\cfrac{5}{8}]\)
\(D、(0,\cfrac{1}{8}]\cup [\cfrac{1}{4},\cfrac{5}{8}]\)

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\(f(x)=\cfrac{\sqrt{2}}{2}sin(\omega x_0-\cfrac{\pi}{4})=0\)

\(\omega x_0-\cfrac{\pi}{4}=k\pi(k\in Z)\),即\(x_0=\cfrac{k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{4\omega}\)

\(x_0=\cfrac{(4k+1)\pi}{4\omega}\),又\(\pi<x_0<2\pi\)

\(\pi<\cfrac{4k+1}{4\omega}<2\pi(k\in Z)\),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,

\(k\pi<\omega x-\cfrac{\pi}{4}<k\pi+\pi(k\in Z)\),即\(k\pi+\cfrac{\pi}{4}<\omega x<k\pi+\cfrac{5\pi}{4}(k\in Z)\)

\(\cfrac{k\pi}{\omega}+\cfrac{\pi}{4\omega}<x_0<\cfrac{k\pi}{\omega}+\cfrac{5\pi}{4\omega}\)

\(\cfrac{(4k+1)\pi}{4\omega}<x<\cfrac{(4k+5)\pi}{4\omega}\)恒成立,由于\(x\in (\pi,2\pi)\)

\(\cfrac{(4k+1)\pi}{4\omega}\leq \pi\)\(2\pi\leq \cfrac{(4k+5)\pi}{4\omega}\)

\(\left\{\begin{array}{l}{4\omega\ge 4k+1}\\{8\omega\leq 4k+5}\end{array}\right.\)

①当\(k=-1\)时,\(4\omega\ge -3\)\(8\omega \leq 1\),解得\(0<\omega\leq \cfrac{1}{8}\)

②当\(k=0\)时,\(4\omega\ge 1\)\(8\omega \leq 5\),解得\(\cfrac{1}{4}\leq \omega\leq \cfrac{5}{8}\)

③当\(k=1\)时,\(4\omega\ge 5\)\(8\omega \leq 9\),解得\(\cfrac{5}{4}\leq \omega\leq \cfrac{9}{8}\),实质为空集;

④当\(k=2\)时,\(4\omega\ge 9\)\(8\omega \leq 13\),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,

\(x=\cfrac{k\pi+\frac{\pi}{4}}{\omega}\not\in (\pi,2\pi)\)

\(\omega \not\in (\cfrac{1}{8},\cfrac{1}{4})\cup (\cfrac{5}{8},\cfrac{5}{4})\cup (\cfrac{9}{8},\cfrac{9}{4})\cup\cdots = (\cfrac{1}{8},\cfrac{1}{4})\cup (\cfrac{5}{8},+\infty)\)

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:

\(2\pi\leq \cfrac{\pi}{4\omega}\),解得\(0<\omega\leq \cfrac{1}{8}\)

\(\left\{ \begin{array}{l}{ \cfrac{\pi}{4\omega}\leq \pi }\\ {2\pi \leq \cfrac{5\pi}{4\omega}}\end{array}\right.\) ,解得$ \cfrac{1}{4}<\omega \leq \cfrac{5}{8}$;

\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{5\pi}{4\omega}\leq \pi}\\{2\pi\leq\cfrac{9\pi}{4\omega}} \end{array}\right.\),解得\(\cfrac{5}{4}<\omega\leq \cfrac{9}{8}\);即\(\omega\in \varnothing\)

\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{9\pi}{4\omega}\leq \pi}\\{2\pi\leq\cfrac{13\pi}{4\omega}} \end{array}\right.\),解得\(\cfrac{9}{4}<\omega\leq \cfrac{13}{8}\);即\(\omega\in \varnothing\)

\(\cdots\),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【】

$A、(\cfrac{5}{4},\cfrac{7}{4}]$ $B、(\cfrac{3}{4},\cfrac{5}{4}]$ $C、(1,\cfrac{5}{4}]$ $D、(\cfrac{3}{4},\cfrac{5}{4}]$

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;

\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{5}{4}\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}<2\pi }\\{2\pi\leq \cfrac{7}{4}\cdot \cfrac{2\pi}{\omega}}\end{array}\right.\)

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\(f(x)\)\((\cfrac{2\pi}{3},\cfrac{5\pi}{6})\)上有最大值无最小值,则\(\omega\)的最大值为【】

$A.\cfrac{4}{9}$ $B.\cfrac{28}{9}$ $C.\cfrac{52}{9}$ $D.\cfrac{100}{9}$

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\(f(x)\)\((\cfrac{2\pi}{3},\cfrac{5\pi}{6})\)上有最大值无最小值,

\(T>\cfrac{5\pi}{6}-\cfrac{2\pi}{3}=\cfrac{\pi}{6}\),即\(\cfrac{2\pi}{\omega}>\cfrac{\pi}{6}\)

\(\omega <12\),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【】

$A.\cfrac{1}{3}$ $B.1$ $C.3$ $D.\cfrac{4}{3}$

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【】

$A.4$ $B.3$ $C.2$ $D.1$

法1:由于\(sin\phi=\cfrac{\sqrt{3}}{2}\),则\(\phi=\cfrac{\pi}{3}\),或者\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\)

\(\phi=\cfrac{\pi}{3}\)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\(\omega =6k-2\)\(\omega_{min}=4\)

\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\)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\(\omega =6k-4\)\(\omega_{min}=2\)

\(\omega_{min}=2\),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\((\cfrac{\pi}{6},0)\)

\(\cfrac{\pi}{6} \omega +\cfrac{2\pi}{3}=k\pi(k\in Z)\),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\(\omega cos\phi<0\)

\(sin\phi=\cfrac{\sqrt{3}}{2}\),故\(\phi=\cfrac{2\pi}{3}\),又由于对称中心为\((\cfrac{\pi}{6},0)\)

\(\cfrac{\pi}{6} \omega +\cfrac{2\pi}{3}=k\pi(k\in Z)\),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【】

$A.2$ $B.3$ $C.4$ $D.5$

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\(f(x)\)\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\)上单调递减,则\(\phi\)的取值范围是【】

$A.[\cfrac{\pi}{3},\cfrac{\pi}{2}]$ $B.[\cfrac{\pi}{6},\cfrac{\pi}{2}]$ $C.[\cfrac{\pi}{3},\cfrac{5\pi}{12}]$ $D.[\cfrac{\pi}{6},\cfrac{5\pi}{12}]$

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\(f(x)=2sin(2x+2\phi-\cfrac{\pi}{3})\)

\(2k\pi+\cfrac{\pi}{2}\leq 2x+2\phi-\cfrac{\pi}{3}\leq 2k\pi+\cfrac{3\pi}{2}\),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\(f(x)\)\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\)上单调递减,故必然满足\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\subseteq [k\pi+\cfrac{5\pi}{12}-\phi,k\pi+\cfrac{11\pi}{12}-\phi]\)

\(\left\{\begin{array}{l}{k\pi+\cfrac{5\pi}{12}-\phi\leq \cfrac{\pi}{4} }\\{\cfrac{\pi}{2}\leq k\pi+\cfrac{11\pi}{12}-\phi}\end{array}\right.\);解得\(k\pi+\cfrac{\pi}{6}\leq \phi \leq k\pi+\cfrac{5\pi}{12}(k\in Z)\)

\(k=0\),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\(f(x)\)\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\)上单调递减,

\((\cfrac{\pi}{4},\cfrac{\pi}{2})\subseteq [\cfrac{\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6},\cfrac{3\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}]\)

\(\left\{\begin{array}{l}{\cfrac{\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}\leq \cfrac{\pi}{4} }\\{\cfrac{\pi}{2}\leq \cfrac{3\pi}{4}-\phi+\cfrac{\pi}{6}}\end{array}\right.\);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\(y=\sqrt{5}sin(x-\phi+\alpha)\)

\(\sqrt{5}sin(x-\phi+\alpha)=\sqrt{5}sin(x-\alpha)\)对任意\(x\in R\)恒成立,

故有\(x-\phi+\alpha=2k\pi+x-\alpha\),即\(\phi=2\alpha-2k\pi\)\(k\in Z\)

\(sin\phi=sin(2\alpha-2k\pi)=sin2\alpha=2sin\alpha\cdot cos\alpha=2\times\cfrac{2}{\sqrt{5}}\times\cfrac{1}{\sqrt{5}}=\cfrac{4}{5}\).

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【】

$A.\cfrac{\pi}{6}$ $B.\cfrac{\pi}{3}$ $C.\cfrac{2\pi}{3}$ $D.\cfrac{5\pi}{6}$

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\(g(x)\)\(x=0\)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【】

$A.-\cfrac{5\pi}{4}$ $B.-2\pi$ $C.-\cfrac{5\pi}{2}$ $D.-\cfrac{3\pi}{2}$

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\(6x-\cfrac{\pi}{2}+2k\pi=6x-\phi\)

\(\phi=-2k\pi+\cfrac{\pi}{2}(k\in Z)\),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【】

$A.\cfrac{5\pi}{12}$ $B.\cfrac{7\pi}{12}$ $C.\cfrac{5\pi}{24}$ $D.\cfrac{7\pi}{24}$

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\(f(x)=2sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\)\([0,\cfrac{x_0}{3}]\)\([2x_0,\cfrac{7\pi}{6}]\)上都是单调递增函数,则实数\(x_0\)的取值范围是【】

$A.[\cfrac{\pi}{6},\cfrac{\pi}{2}]$ $B.[\cfrac{\pi}{3},\cfrac{\pi}{2}]$ $C.[\cfrac{\pi}{6},\cfrac{\pi}{3}]$ $D.[\cfrac{\pi}{4},\cfrac{3\pi}{8}]$

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\([0,\cfrac{x_0}{3}]\)\([2x_0,\cfrac{7\pi}{6}]\)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\([k\pi-\cfrac{\pi}{3},k\pi+\cfrac{\pi}{6}]\)\(k\in Z\)

\(k=0\)时,单增区间为\([-\cfrac{\pi}{3},\cfrac{\pi}{6}]\)

\(k=1\)时,单增区间为\([\cfrac{2\pi}{3},\cfrac{7\pi}{6}]\)

又题目要求函数在\([0,\cfrac{x_0}{3}]\)\([2x_0,\cfrac{7\pi}{6}]\)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\(B\).

转载于:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/10613459.html

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