专题07 三角函数的图像与性质-2020年高考数(文)题根探源(全国Ⅰ卷)
专题07 三角函数的图像与性质
【母题来源一】【2020年高考全国Ⅰ卷文数】设函数()cos π
()6
f x x ω=+在[π,π]-的图像大致如下图,则f (x )的最小正周期为
A. 10π
9 B.
7π6 C. 4π3
D. 3π2
【答案】C
【解析】由图可得:函数图象过点4,09π??- ???,将它代入函数()f x 可得:4cos 09
6π
πω??-?+= ???
又4,09π??
-
???
是函数()f x 图象与x 轴负半轴的第一个交点,所以4962πππω-?+=-,解得:32ω= 所以函数()
f x 最小正周期为
224332
T π
ππ
ω
=
=
=,故选:C 【名师点睛】本题主要考查了三角函数的性质及转化能力,还考查了三角函数周期公式,属于中档题. 【母题来源二】【2019年高考全国Ⅰ卷文数】函数3π
()sin(2)3cos 2
f x x x =+-的最小值为___________. 【答案】4-
【解析】23π()sin(2)3cos cos 23cos 2cos 3cos 12f x x x x x x x =+
-=--=--+2317
2(cos )48
x =-++, 1cos 1x -≤≤,∴当cos 1x =时,min ()4f x =-,故函数()f x 的最小值为4-.
【名师点睛】本题首先应用诱导公式,转化得到二倍角的余弦,进一步应用二倍角的余弦公式,得到关于
cos x 的二次函数,从而得解.注意解答本题的过程中,部分考生易忽视1cos 1x -≤≤的限制,而简单应用
二次函数的性质,出现运算错误.
的
【母题来源三】【2018年高考全国Ⅰ卷文数】已知函数()2
2
2cos sin 2f x x x =-+,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 【答案】B
【解析】根据题意有()135
cos 21(1cos 2)2cos 2222
f x x x x =+--+=+, 所以函数()f x 的最小正周期为2π
π2
T =
=,且最大值为()max 35422f x =+=.故选B.
【名师点睛】该题考查的是有关化简三角函数解析式,并且通过余弦型函数的相关性质得到函数的性质,在解题的过程中,要注意应用余弦倍角公式将式子降次升角,得到最简结果. 【命题意图】
(1)能画出y =sin x ,y =cos x ,y = tan x 的图象,了解三角函数的周期性.
(2)理解正弦函数、余弦函数在区间[0,2π]上的性质(如单调性、 最大值和最小值以及与x 轴的交点等). (3)能画出sin()y A x ω?=+的图象,了解参数,,A ω?对函数图象变化的影响.
(4)理解同角三角函数的基本关系式、诱导公式,能运用和与差的三角函数公式、二倍角公式等进行简单的恒等变换. 【命题规律】
三角函数的考查重点是三角函数的定义、图象与性质,考查中以图象的变换、函数的单调性、奇偶性、周期性、对称性、最值作为热点,并常与三角恒等变换交汇命题,难度为中档偏下. 常见的命题角度有: (1)三角函数的图象变换; (2)三角函数解析式的确定;
(3)三角函数的性质(单调性、值域与最值、奇偶性、周期性、对称性等); (4)函数sin()y A x ω?=+的性质与其他知识的综合应用. 【方法总结】
(一)函数图象的平移变换解题策略
(1)对函数y =sin x ,y =A sin(ωx +φ)或y =A cos(ωx +φ)的图象,无论是先平移再伸缩,还是先伸缩再平移,只要平移|φ|个单位,都是相应的解析式中的x 变为x ±|φ|,而不是ωx 变为ωx ±|φ|. (2)注意平移前后两个函数的名称是否一致,若不一致,应用诱导公式化为同名函数再平移. (二)结合图象及性质求解析式y =A sin(ωx +φ)+B (A >0,ω>0)的方法
(1)求A ,B ,已知函数的最大值M 和最小值m ,则,22
M m M m
A B -+==
. (2)求ω,已知函数的周期T ,则2π
T
ω=. (3)求φ,常用方法有:
①代入法:把图象上的一个已知点代入(此时,A ,ω,B 已知). ②五点法:确定φ值时,往往以寻找“五点法”中的第一个零点(,0)?
ω
-
作为突破口,具体如下: “第一点”(即图象上升时与x 轴的交点中距原点最近的交点)为ωx +φ=0;“第二点”(即图象的“峰点”)为ωx +φ=
π2;“第三点”(即图象下降时与x 轴的交点)为ωx +φ=π;“第四点”(即图象的“谷点”)为ωx +φ=3π
2
;“第五点”为ωx +φ=2π.
(三)求解三角函数的值域(最值)常见到以下几种类型的题目及求解方法
(1)形如y =a sin x +b cos x +k 的三角函数化为y =A sin(ωx +φ)+k 的形式,再求最值(值域); (2)形如y =a sin 2x +b sin x +k 的三角函数,可先设sin x =t ,化为关于t 的二次函数求值域(最值); (3)形如y =a sin x cos x +b (sin x ±cos x )+c 的三角函数,可先设t =sin x ±cos x ,化为关于t 的二次函数求值域(最值).
(四)三角函数单调性问题的常见类型及解题策略
(1)已知三角函数解析式求单调区间.①求函数的单调区间应遵循简单化原则,将解析式先化简,并注意复合函数单调性规律“同增异减”;②求形如y =A sin (ωx +φ)或y =A cos (ωx +φ)(其中,ω>0)的单调区间时,要视“ωx +φ”为一个整体,通过解不等式求解.但如果ω<0,那么一定先借助诱导公式将ω化为正数,防止把单调性弄错.
(2)已知三角函数的单调区间求参数.先求出函数的单调区间,然后利用集合间的关系求解. (3)利用三角函数的单调性求值域(或最值).形如y =A sin (ωx +φ)+b 或可化为y =A sin (ωx +φ)+b 的三角函数的值域(或最值)问题常利用三角函数的单调性解决. (五)三角函数的奇偶性、周期性、对称性的处理方法
(1)求三角函数的最小正周期,一般先通过恒等变形化为y =A sin(ωx +φ),y =A cos(ωx +φ),y =A tan(ωx
+φ)的形式,再分别应用公式T =
2||ωπ,T =2||ωπ,T =||
ωπ求解. (2)对于函数y =A sin (ωx +φ),其对称轴一定经过图象的最高点或最低点,对称中心的横坐标一定是函数的零点,因此在判断直线x =x 0或点(x 0,0)是否为函数的对称轴或对称中心时,可通过检验 f (x 0)的值进行判断.
(3)若f (x )=A sin (ωx +φ)为偶函数,则φ=k π+
2
π
(k ∈Z ),同时当x =0时,f (x )取得最大或最小值.若f (x )=A sin (ωx +φ)为奇函数,则φ=k π(k ∈Z ),同时当x =0时,f (x )=0. (六)三角函数的图象及性质与三角恒等变换相结合的综合问题
(1)利用三角恒等变换及辅助角公式把三角函数关系式转化成y =A sin(ωx +φ)+t 或y =A cos(ωx +φ)+t 的形式.
(2)利用公式2π
(0)T ωω
=
>求周期.
(3)根据自变量的范围确定ωx +φ的范围,根据相应的正弦曲线或余弦曲线求值域或最值,另外求最值时,根据所给关系式的特点,也可换元转化为二次函数的最值.
(4)根据正、余弦函数的单调区间列不等式求函数y =A sin(ωx +φ)+t 或y =A cos(ωx +φ)+t 的单调区间. 【好题训练】
1.【2020广西南宁高三调研】如图,
直线 2230x y +-=经过函数() sin()f x x ω?=+(0>ω,||?π<) 图象的最高点 M 和最低点 N ,则
A .2
π
ω=,4π
ω=
B .ωπ=, 0?=
C .2
π
ω=
,4
π
?=-
D .ωπ=, 2
?π=
【答案】A
【解析】由M ,N 分别是图象的最高点和最低点得其纵坐标为1和1-,代入直线2230x y +-=得其横坐标分别为
12和52,故1,12M ?? ???,5,12N ??- ???
,得51 2222T =-=,故24T πω==,故2πω=,
M
代入()f x 得11sin 22π???
=?+
???
,故12222k ππ?π?+=+,所以24k k Z π?π=+∈,
因为||?π<,所以4
π
?=
,故选A .
【名师点睛】本题主要考查利用()sin y A x ωφ=+的图象特征,由函数()sin y A x ωφ=+的部分图象求解析式,理解解析式中,,A ωφ的意义是正确解题的关键,属于中档题.A 为振幅,有其控制最大、最小值,ω控制周期,即2T π
ω
=
,通常通过图象我们可得
2T 和4
T
,φ称为初象,通常解出A ,ω之后,通过特殊点代入可得,用到最多的是最高点或最低点.
2.【2020福建三明高三三模】函数()|sin |cos 2f x x x =+的值域为 A .91,
8??
????
B .1,12??
????
C .[]0,1
D .90,8
??????
【答案】D
【解析】由题意得22
()|sin |12sin 2|sin ||sin |1f x x x x x =+-=-++2
1992sin 0,488x ????=--+∈ ????
???
,
故选D.
【名师点睛】本题考查三角函数的恒等变换及性质,考查二次函数值域,考查运算求解能力,是中档题.
3.【2020安徽阜阳高三模拟】已知函数()()2sin 0,0y x ωθωθπ=+><<为偶函数,其图象与直线2y =的交点的横坐标为12,x x ,若12x x -的最小值为π,则 A .=2=
2
π
ωθ, B .1
==2
2π
ωθ, C .1==2
4
π
ωθ,
D .=2=
4
π
ωθ,
【答案】A
【解析】因为函数与直线2y =的交点的横坐标为12,x x ,且12x x -的最小值为π,所以周期T π=,,所以2=
=2π
ωπ
,又函数为偶函数且0θπ<<,所以=
2
π
θ,故选A. 【名师点睛】本题主要考查了正弦型函数的图象与性质,涉及周期性和奇偶性,属于中档题.
4.【2020河南洛阳高三联考】将函数π()2sin 26f x x ?
?=+
??
?的图象向右平移π
6
个单位长度,再把图象上所 有点的横坐标伸长到原来的2倍(纵坐标不变)得到函数()g x 的图象,则下列说法正确的是
A .函数()g x 1
B .函数()g x 的最小正周期为π
C .函数()g x 的图象关于直线π
3
x =对称 D .函数()g x 在区间π2,
6π3??
????
上单调递增 【答案】D
【解析】将函数()f x 的图象向右平移
π6个单位长度得:πππ()2sin 22sin 2666h x x x ?????
?=-+=- ? ????
?????的
图象,再把图象上所有点的横坐标伸长到原来的2倍得:()π2sin 6g x x ??
=- ??
?
,()g x 的最大值为2,可知A 错误;()g x 的最小正周期为2π,可知B 错误;π3x =时,ππ66x -=,则π
3
x =不是()g x 的图象的对称轴,可知C 错误;当2,
63ππx ??
∈????
时,ππ0,62x ??-∈????,此时()g x 单调递增,可知D 正确. 【名师点睛】本题考查三角函数图象平移变换和伸缩变换、正弦型函数的单调性、对称性、值域和最小正周期的求解问题,关键是能够明确图象变换的基本原则,同时采用整体对应的方式来判断正弦型函数的性质.求解时,根据平移变换和伸缩变换的原则可求得()g x 的解析式,依次判断()g x 的最值、最小正周期、对称轴和单调性,可求得正确结果.
5.【2020湖南邵阳高三质检】已知函数()sin()(0)f x x ω?ω=+>的图象与x 轴的两个相邻交点的距离等于
4
π,若()6,x R f x f π??
?∈≤ ???,则正数?的最小值为
A .6
π
B .
56
π C .
3
π D .
4
π 【答案】B
【解析】∵函数()sin()(0)f x x ω?ω=+>的图象与x 轴的两个相邻交点的距离等于4
π, ∴1224
ππ
ω?
=,∴4ω=,∴()sin(4)f x x ?=+, 又∵()6,x R f x f π??
?∈≤ ???,∴6
x π=是()f x 的一条对称轴,
∴46
2
k ππ?π?
+=
+,k Z ∈ ,∴6
,k k Z π?π=-
∈.
∵0?>,故令1k =,得56
π
?=
为最小值.故选:B. 【名师点睛】本题为考查“()sin()f x A x b ω?=++的图像和性质”的基本题型,考查学生对三角函数相关
性质的理解记忆,以及运用,为中等偏下难度题型. 6.【2020广东省韶高三调研】已知函数ππ()sin cos 44f x x x ?
???=-- ? ??
??
?,则下列说法错误的是 A .()f x 的图象关于π
=
4
x 对称 B .()f x 的最小正周期为
π
2
C .()f x 在区间π0,4??????
上是减函数
D .()f x 的一个对称中心是(π,0)
【答案】D
【解析】ππ1π1()sin cos sin 2|cos2|44222
f x x x x x ?
?????=-
-=-= ? ? ??
?????, 由()f x 的图象知,()f x 的图象关于π
4x =
对称,故A 正确;()f x 的最小正周期为π2
,故B 正确; ()f x 在区间π0,4
??????
上是减函数,故C 正确;点(π,0)不是()f x 的一个对称中心,故D 错误.选:D
【名师点睛】本小题考查三角函数的图象,考查余弦函数的最小正周期、对称轴、对称中心、单调区间等基本知识,考查了运算能力,逻辑推理能力,函数与方程思想,属于中档题.
7.【2020江西赣州高三诊断】已知函数()cos()(0)f x x ω?ω=+>的最小正周期为π,且对x ∈R ,
()3f x f π??
???
恒成立,若函数()y f x =在[0,]a 上单调递减,则a 的最大值是
A .
π6
B .
π3
C .
2π3
D .
5π6
【答案】B
【解析】因为函数()()cos f x x ω?=+的最小正周期为π,所以22π
ωπ
=
=,又对任意的x ,都使得
()3f x f π??
≥ ???
,所以函数()f x 在3x π=上取得最小值,则223k π?ππ+=+,k Z ∈,
即2,3k k Z π
?π=
+∈,所以()cos 23f x x π?
?=+ ??
?,
令222,3
k x k k Z π
πππ≤+
≤+∈,解得,6
3
k x k k Z ππ
ππ-+≤≤
+∈ ,
则函数()y f x =在0,
3π??????
上单调递减,故a 的最大值是3π.故选B 【名师点睛】本题考查三角函数的图象及其性质,考查运算求解能力.
8.【2020广东佛山高三模拟】已知函数()f x 是定义域在R 上的偶函数,且()()11f x f x =+-,当[]0,1x ∈时,()3
f x x =,则关于x 的方程()cos f x x π=在15,22??
-????
上所有实数解之和为
A .1
B .3
C .6
D .7
【答案】D
【解析】因为()()11f x f x =+-,则()()2f x f x =-,所以()f x 的最小正周期为2,又由
()()()111f x f x f x +=-=-得()f x 的图像关于直线1x =对称.令()cos g x x π=,则()g x 的图像如
图所示,由图像可得,()y f x =与()cos g x x π=的图像在15,22??
-????
有7个交点且实数解的和为
2317?+=,故选D.
【名师点睛】一般地,方程()()f x g x =的解的性质的讨论,可以通过构建新函数()()()F x f x g x =-来讨论,也可以通过考虑()y f x =和()y g x =的图像的交点性质来讨论. 9.【2020湖北襄阳高三模拟】关于函数f (x )=1
sin sin x x
+有如下四个命题: ①f (x )的图像关于y 轴对称.
②f (x )的图像关于原点对称. ③f (x )的图像关于直线x =2
π
对称. ④f (x )的最小值为2.
其中所有真命题的序号是__________. 【答案】②③
【解析】对于命题①,152622f π??=+=
???,152622f π??
-=--=- ???,则66f f ππ????
-≠ ? ?????
, 所以,函数()f x 的图象不关于y 轴对称,命题①错误;
对于命题②,函数()f x 的定义域为{}
,x x k k Z π≠∈,定义域关于原点对称,
()()()()111sin sin sin sin sin sin f x x x x f x x x x ?
?-=-+
=--=-+=- ?-?
?,
所以,函数()f x 的图象关于原点对称,命题②正确;
对于命题③,
11sin cos 22cos sin 2f x x x x x πππ????-=-+=+
? ???
????- ???
, 11sin cos 22cos sin 2f x x x x x πππ????
+=++=+
? ???
????+ ???
,则22f x f x ππ????
-=+ ? ?????
, 所以,函数()f x 的图象关于直线2
x π
=
对称,命题③正确;
对于命题④,当0x π-<<时,sin 0x <,则()1
sin 02sin f x x x
=+<<, 命题④错误.故答案为:②③.
【名师点睛】本题考查正弦型函数的奇偶性、对称性以及最值的求解,考查推理能力与计算能力,属于中等题.
10.【2020河南郑州高三质检】已知函数()1
cos 2c 4
os f x x b x c =
++,若对任意1x ,2x R ∈,都有12()()4f x f x -≤,则b 的最大值为 . 【答案】2 【解析】2111()cos 2cos cos cos 424
f x x b x c x b x c =
++=++-,
令[]cos 1,1t x =∈-,问题等价于211()24
g t t bt c =
++-, 对任意1t ?,[]21,1t ∈-,都有()()124g t g t -≤,即max min ()()4g t g t -≤, 欲使满足题意的b 最大,所以考虑0b >,
21
()2
g t t bt c =++对称轴为x b =-,
当01b <<时,2
max min 11()(1),()()22
g t g b c g t g b b c ==++=-=-+
m max 22in ()()4111
(1)2222
g t g t b b b =-=++<≤+,01b ∴<<;
当1b ≥时,max min ()()(1)(1)24g t g t g g b -=--=≤,
2b ≤,12b <≤,综上,02b <≤,b 的最大值为2,故选:C.
【名师点睛】本题考查了三角函数的图象与性质应用问题,也考查了二次函数的性质应用问题,属于较难题.