高一数学 第16讲 三角函数的图像与性质 学案 (pdf版,学生版+教师版)

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高一数学 第16讲 三角函数的图像与性质 学案 (pdf版,学生版+教师版)

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第十六讲 三角函数的图象与性质
【考试要求】
1.能画出三角函数的图象.
2.了解三角函数的周期性、奇偶性、最大(小)值.
3. 借助图象理解正弦函数、余弦函数在[0,2π]上、正切函数在 ( , )上的性质.
2 2
【知识梳理】
1.用“五点法”作正弦函数和余弦函数的简图
(1)在正弦函数 y=sin x,x∈[0,2π] 的图象中,五个关键点是:(0,0),( ,1),(π,0) 3 ,( , 1),
2 2
(2π,0).
(2)在余弦函数 y=cos x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是:(0,1) ( , ,0),(π,-1),(3 ,0),
2 2
(2π,1).
2.正弦、余弦、正切函数的图象与性质(下表中 k∈Z)
函数 y=sin x y=cos x y=tan x
图象
定义域 R R {x | x k }
2
值域 [-1,1] [-1,1] R
周期性 2π 2π π
奇偶性 奇函数 偶函数 奇函数
2kπ π 2kπ π递增区间 - , + [2kπ-π,2kπ] kπ π π- ,kπ+
2 2 2 2
2kπ π 3π递减区间 + ,2kπ+ [2kπ,2kπ+π]
2 2
对称中心 (kπ,0) kπ π kπ+ ,0 ,0
2 2
π
对称轴方程 x=kπ+ x=kπ
2
【基础自测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)函数 y=sin x π的图象向右平移 个单位得到函数 y=cos x的图象.( × )
2
(2)正弦函数 y=sin x的图象是轴对称图形,也是中心对称图形.( √ )
(3)余弦函数 y=cos x是偶函数,图象关于 y轴对称,对称轴有无数多条.( √ )
(4) π正切函数图象有无数条对称轴,其对称轴是 x=kπ± ,k∈Z.( × )
2
2 π.下列函数中,周期为 的是( )
2
A.y=sin x B.y x=sin 2x C.y=cos D.y=cos 4x
2
答案 D
3.函数 f(x)=sin(-x)的奇偶性是( )
A.奇函数 B.偶函数
C.既是奇函数又是偶函数 D.非奇非偶函数
答案 A
解析 由于 x∈R,且 f(-x)=sin x=-sin(-x)=-f(x),
所以 f(x)为奇函数.
4.函数 y=tan (2x )的最小正周期为( )
4
A.2π B.π C.π D.π
2 4
答案 C
π π
解析 根据周期公式计算得 T= = ,故选 C.
ω 2
5.函数 y=2cos x+1的值域为________.
答案 [-1,3]
6.函数 y=sin x取最大值时 x=________.
π
答案 +2kπ,k∈Z
2
【典型例题】
题型一 三角函数的周期问题
1.求下列函数的周期:

(1)y=sin (2x );
4
(2)y=tan ( x ) .
2 3
(3)y=|sin x|.
解 (1)方法一 (定义法)
2x π+ 2x π+ +2π 2 x π+π +
y=sin 4 =sin 4 =sin 4 ,
所以周期为π.
方法二 (公式法)
2x π+
y=sin 4 中ω=2 2π 2π,T= = =π.
ω 2
(2) ω 1 T π
π
因为 = ,所以最小正周期 = =1=2π.2 ω
2
(3)作图如下:
观察图象可知周期为π.
2.若函数 f(x)=2tan (kx )的最小正周期 T满足 13
答案 2或 3
π
解析 由题意得 1< <2,k∈N,
k
π
2
反思感悟 求三角函数周期的方法
(1)定义法:即利用周期函数的定义求解.
(2)公式法:对形如 y=Asin(ωx+φ)或 y=Acos(ωx+φ)(A,ω,φ是常数,A≠0,ω≠0)的函数,
T 2π= .
|ω|
(3)观察法:即通过观察函数图象求其周期.
练习 1
3.求下列函数的周期.
(1)y=cos x,x∈R;
2
(2)y=sin (1 x ),x∈R.
3 4
x
+2π
(1) cos 1(x 4π) x解 因为 + =cos 2 =cos ,
2 2
x
由周期函数的定义知,y=cos 的周期为 4π.
2
1 x 6π π 1+ - x+2π π 1 π- x-
(2)因为 sin 3 4 =sin 3 4 =sin 3 4 ,
1x π-
由周期函数的定义知,y=sin 3 4 的周期为 6π.
4.函数 y= | sin x |的最小正周期是________.
2
答案 2π
x sin
x
x
解析 ∵y=sin 的最小正周期为 T=4π,而 y=| 2|的图象是把 y=sin 的图象在 x轴下
2 2
方的部分翻折到 x轴上方,
|sin x∴y= 2|的最小正周期为 T=2π.
题型二 三角函数的奇偶性与对称性
5.函数 y=sin( 2x )的图象的对称轴方程是________,对称中心的坐标是________.
3
k π
x k π
π- ,0
答案 = π+ (k∈Z) 2 6 (k∈Z)
2 12
解析 根据正弦函数的周期性知,过函数图象的最高点或最低点且与 x轴垂直的直线均是对
称轴,而图象与 x轴的交点均为对称中心.
2x π+
要使 sin 3 π π k π=±1,必有 2x+ =kπ+ (k∈Z),所以 x= π+ (k∈Z),
3 2 2 12
k π
即对称轴方程为 x= π+ (k∈Z),
2 12
2x π+
而函数 y=sin 3 的图象与 x轴的交点即为对称中心,
2x π+
所以令 y=0,即 sin 3 =0,
π k π
所以 2x+ =kπ(k∈Z),即 x= π- (k∈Z),
3 2 6
2x π k+ π π- ,0
故函数 y=sin 3 的图象的对称中心的坐标为 2 6 (k∈Z).
6.已知函数 f(x)= 2sin (x )是奇函数,则φ∈[ , ]时,φ的值为________.
4 2 2
π
答案 -
4
π
解析 由已知 +φ=kπ(k∈Z),
4
φ kπ π∴ = - (k∈Z),
4
π π
- ,
又∵φ∈ 2 2 ,
π
∴k=0时,φ=- 符合条件.
4
思维升华
对于可化为 f(x)=Asin(ωx+φ)(或 f(x)=Acos(ωx+φ))形式的函数,如果求 f(x)的对称轴,只需
令ωx φ π+ = +kπ(k∈Z)(或令ωx+φ=kπ(k∈Z)),求 x即可;如果求 f(x)的对称中心的横坐标,
2
只需令ωx+φ=kπ(k π∈Z)(或令ωx+φ= +kπ(k∈Z)),求 x即可.
2
练习 2
7 .函数 y=sin (x )的对称轴为__________________,对称中心为__________________.
4
π
x 3π
+kπ,0
答案 = +kπ,k∈Z 4 ,k∈Z
4
x π π解析 由 - = +kπ,k∈Z 3π,得 x= +kπ π,k∈Z,由 x- =kπ,k π∈Z,得 x= +kπ,k∈Z.
4 2 4 4 4
x π π- 3π +kπ,0
故函数 y=sin 4 的对称轴为 x= +kπ,k∈Z;对称中心为 4 ,k∈Z.
4
8.函数 f(x)=sin(2x+φ)为 R 上的奇函数,则φ的值可以是( )
A.π B.π C.π D.3π
4 2 2
答案 C
解析 要使函数 f(x)=sin(2x+φ)为 R 上的奇函数,需φ=kπ,k∈Z.故选 C.
题型三 三角函数的单调性
(x 9.求函数 y=2sin )的单调区间.
3
解 令 z=x π- ,则 y=2sin z.
3
z x π∵ = - 是增函数,
3
∴y=2sin z单调递增(减)时,
x π-
函数 y=2sin 3 也单调递增(减).
2kπ π- ,2kπ π+
由 z∈ 2 2 (k∈Z),
π 2kπ
π π
- ,2kπ+
得 x- ∈ 2 2 (k∈Z),
3
2kπ π 2kπ 5π- , +
即 x∈ 6 6 (k∈Z),
x π 2kπ π 2kπ 5π- - , +
故函数 y=2sin 3 的单调递增区间为 6 6 (k∈Z).
x π 2kπ 5π 11- + ,2kπ+ π
同理可求函数 y=2sin 3 的单调递减区间为 6 6 (k∈Z).
延伸探究
π
-x
求函数 y=2sin 4 的单调递减区间.
π x x π- -
解 y=2sin 4 =-2sin 4 ,
π π
π - +2kπ, +2kπ
令 z=x- ,而函数 y=-2sin z的单调递减区间是 2 2 (k∈Z).
4
π π π
∴原函数递减时,得- +2kπ≤x- ≤ +2kπ(k∈Z),
2 4 2
π 3π
得- +2kπ≤x≤ +2kπ(k∈Z).
4 4
π 3π
- +2kπ, +2kπ
∴原函数的单调递减区间是 4 4 (k∈Z).
反思感悟 求正、余弦函数的单调区间的策略
(1)结合正、余弦函数的图象,熟记它们的单调区间.
(2)在求形如 y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的函数的单调区间时,应采用“换元法”整体代换,
将“ωx+φ”看作一个整体“z”,即通过求 y=Asin z的单调区间而求出原函数的单调区间.求
形如 y=Acos(ωx+φ)(A>0,ω>0)的函数的单调区间同上.
练习 3
10.求下列函数的单调递增区间:
(1)y=cos 2x;(2)y=sin ( x),x∈[ ,2 ] .
6 2
解 (1)由 2kπ-π≤2x≤2kπ(k∈Z),
所以 kπ π- ≤x≤kπ(k∈Z),
2
kπ π- ,kπ
所以函数 y=cos 2x的单调递增区间为 2 (k∈Z).
π π
-x x-
(2)因为 y=sin 6 =-sin 6 ,
π x x π- -
所以函数 y=sin 6 的单调递增区间就是函数 y=sin 6 的单调递减区间,
2kπ π π 3π由 + ≤x- ≤2kπ+ ,k∈Z,得
2 6 2
2kπ 2π 5π+ ≤x≤2kπ+ ,k∈Z.
3 3
π
,2π
因为 x∈ 2 ,
2π 5π

所以所求函数的单调递增区间为 3 3 .
题型四 正弦、余弦函数的最值(值域)
11.求下列函数的值域:

(1)y=cos (x ),x∈[0, ];
6 2
(2)y=cos2x-4cos x+5.
x π 0 π π 2π+ , ,
解 (1) π由 y=cos 6 ,x∈ 2 可得 x+ ∈ 6 3 ,
6
π 2π 1 3
, - ,
因为函数 y=cos x在区间 6 3 上单调递减,所以函数的值域为 2 2 .
(2)y=cos2x-4cos x+5,令 t=cos x,则-1≤t≤1.
y=t2-4t+5=(t-2)2+1,
当 t=-1,函数取得最大值 10;
t=1时,函数取得最小值 2,所以函数的值域为[2,10].
反思感悟 求三角函数值域的常用方法
(1)求解形如 y=asin x+b(或 y=acos x+b)的函数的最值或值域问题时,利用正、余弦函数的
有界性(-1≤sin x≤1,-1≤cos x≤1)求解.求三角函数取最值时相应自变量 x的集合时,要
注意考虑三角函数的周期性.
(2)求解形如 y=asin2x+bsin x+c(或 y=acos2x+bcos x+c),x∈D的函数的值域或最值时,通
过换元,令 t=sin x(或 cos x),将原函数转化为关于 t的二次函数,利用配方法求值域或最值
即可.求解过程中要注意 t=sin x(或 cos x)的有界性.
练习 3
12.求下列函数的值域:
(1)y=2cos (2x ) ,x∈[ , ].
6 6 4

(2)f(x)=2sin2x 2sin x 1+ - ,x∈[ , 5 ].
2 6 6
7
答案 (1)[-1,2] 1,(2) 2
π π
- ,
解析 (1)∵x∈ 6 4 ,
π 2π
π - ,
∴2x+ ∈ 6 3 ,
6
2x π 1+ - ,1
∴cos 6 ∈ 2 ,
∴函数的值域为[-1,2].
(2)令 t=sin x,
π 5π

x 1∵ ∈ 6 6 ,∴ ≤sin x≤1,
2
1
即 ≤t≤1.
2
t 1 1 1 1+ , ,1
∴f(t)=2t2+2t 1- =2 2 2-1,t∈ 2 ,且该函数在 2 上单调递增.
2
1
∴f(t)的最小值为 f 2 =1,最大值为 f(1) 7= .
2
1 7,
即函数 f(x)的值域为 2 .
【课堂小测】
1.函数 y=4sin(2x-π)的图象关于( )
A.x π轴对称 B.原点对称 C.y轴对称 D.直线 x= 对称
2
答案 B
解析 y=4sin(2x-π)=-4sin 2x是奇函数,其图象关于原点对称.

2.函数 f(x)=sin (2x )在区间[0, ]上的最小值为( )
4 2
A.-1 B 2 2.- C. D.0
2 2
答案 B
0 π π 3π, π - ,
解析 由已知 x∈ 2 ,得 2x- ∈ 4 4 ,
4
2x π 2- - ,1
所以 sin 4 ∈ 2 ,
2x π 0 π- ,
故函数 f(x)=sin 4 2在区间 2 上的最小值为- .故选 B.
2
3.(多选)已知函数 f(x)=sin (x ) (x∈R),下列结论正确的是( )
2
[0, A.函数 f(x)的最小正周期为 2π B.函数 f(x)在区间 ]上单调递增
2
C.函数 f(x)的图象关于直线 x=0对称 D.函数 f(x)是奇函数
答案 ABC
解析 由题意,可得 f(x)=-cos x,
对于选项 A T 2π, = =2π,所以选项 A正确;
1
0 π 0 π, ,
对于选项 B,y=cos x在 2 上单调递减,所以函数 f(x)在区间 2 上单调递增,所以选
项 B正确;
对于选项 C,f(-x)=-cos(-x)=-cos x=f(x),所以函数是偶函数,所以其图象关于直线 x
=0对称,所以选项 C正确;选项 D错误.故选 ABC.
4.函数 y=sin2x+sin x-1的最大值为________ ,最小值为________.
5
答案 1 -
4
t 1+
解析 令 t=sin x∈[-1,1],y=t2 t 1 2 2 5+ - = - (-1≤t≤1),
4
5
显然- ≤y≤1.
4
5.关于 x的函数 f(x)=sin(x+φ)有以下说法:
①对任意的φ,f(x)都是非奇非偶函数;
②存在φ,使 f(x)是偶函数;
③存在φ,使 f(x)是奇函数;
④对任意的φ,f(x)都不是偶函数.
其中错误的是________(填序号).
答案 ①④
解析 当φ=0时,f(x)=sin x,是奇函数,
φ π当 = 时,f(x)=cos x是偶函数.
2
6.已知函数 f(x)=2cos (3x ) .
4
(1)求 f(x)的单调递增区间.
(2)求 f(x)的最小值及取得最小值时相应的 x值.
解 (1)令 2kπ-π≤3x π+ ≤2kπ(k∈Z),
4
2kπ 5π x 2kπ π解得 - ≤ ≤ - (k∈Z).
3 12 3 12
2kπ 5π 2kπ π
- , -
∴f(x)的单调递增区间为 3 12 3 12 (k∈Z).
(2) π当 3x+ =2kπ-π(k∈Z)时,f(x)取最小值-2.
4
x 2kπ 5π即 = - (k∈Z)时,f(x)取最小值-2.
3 12
【课后作业】
1.如图中的曲线对应的函数解析式是( )
A.y=|sin x| B.y=sin |x| C.y=-sin |x| D.y=-|sin x|
答案 C
解析 排除法,可知 C正确.
2.函数 y=sin ( x )的奇偶性是( )
2 2
A.奇函数 B.偶函数
C.非奇非偶函数 D.既是奇函数也是偶函数
答案 B
x π π x
- + -
解析 y=sin 2 2 =sin 2 2 =cos x,故为偶函数.
2
3 π x π.当- ≤ ≤ 时,函数 f(x)=2sin (x )有( )
2 2 3
A 1.最大值 1,最小值-1 B.最大值 1,最小值-
2
C.最大值 2,最小值-2 D.最大值 2,最小值-1
考点 正弦函数、余弦函数的最大值与最小值
题点 正弦函数的最大值与最小值
答案 D
π x π π π 5π解析 因为- ≤ ≤ ,所以- ≤x+ ≤ ,
2 2 6 3 6
x π1 +
所以- ≤sin 3 ≤1,所以-1≤f(x)≤2.
2
4.在[0,2π] cos x 1上,使 ≤- 成立的 x的取值集合为________.
2
|2π x 4π≤ ≤答案 x 3 3
解析 画出 y=cos x在[0,2π]上的简图,如图所示.
cos x 1 x 2π x 4π由于 =- 时, = 或 = .
2 3 3
2π 4π
≤x≤
由图象可知,在[0,2π] 1上,使 cos x≤- 成立的角 x的取值集合为 x| 3 3 .
2
x
5.已知函数 f(x)=cos ( ),则 f(x)的最小正周期是______;f(x)的对称中心是______.
2 3
2kπ π+ ,0
答案 4π 3 ,k∈Z
x π
+ 2π
f(x) cos 2 3 T 4π x π π π解析 由 = ,得 = 1= ;令 + =kπ+ ,求得 x=2kπ+ ,k∈Z,可得 f(x)2 3 2 3
2
2kπ π+ ,0
的对称中心是 3 ,k∈Z.
x
6.设函数 f(x)=tan ( ) .
2 3
(1)求函数 f(x)的定义域、最小正周期、单调区间及对称中心;
(2)求不等式-1≤f(x)≤ 3的解集.
解 (1) x π π由 - ≠ +kπ(k∈Z),
2 3 2

得 x≠ +2kπ(k∈Z),
3
x 5π≠ +2kπ,k∈Z
所以 f(x)的定义域是 x| 3 .
ω 1 π
π
因为 = ,所以最小正周期 T= =1=2π.2 ω
2
π
由- +kπ2 2 3 2
π
得- +2kπ3 3
π
- +2kπ 5π, +2kπ
所以函数 f(x)的单调递增区间是 3 3 (k∈Z),无单调递减区间.
x π kπ(k Z) x kπ 2由 - = ∈ ,得 = + π(k∈Z),
2 3 2 3
kπ 2+ π,0
故函数 f(x)的对称中心是 3 ,k∈Z.
x π

(2)由-1≤tan 2 3 ≤ 3,
π x π π
得- +kπ≤ - ≤ +kπ(k∈Z),
4 2 3 3
π 4π
解得 +2kπ≤x≤ +2kπ(k∈Z).
6 3
π
+2kπ x 4π≤ ≤ +2kπ,k∈Z
所以不等式-1≤f(x)≤ 3的解集是 x|6 3 .第十六讲 三角函数的图象与性质
【知识梳理】
1.用“五点法”作正弦函数和余弦函数的简图
(1)在正弦函数 y=sin x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是: , , , ,

(2)在余弦函数 y=cos x,x∈[0,2π]的图象中,五个关键点是: , , , ,

2.正弦、余弦、正切函数的图象与性质(下表中 k∈Z)
函数 y=sin x y=cos x y=tan x
图象
定义域
值域
周期性
奇偶性
递增区间
递减区间
对称中心
对称轴方程
【基础自测】
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1) π函数 y=sin x的图象向右平移 个单位得到函数 y=cos x的图象.( )
2
(2)正弦函数 y=sin x的图象是轴对称图形,也是中心对称图形.( )
(3)余弦函数 y=cos x是偶函数,图象关于 y轴对称,对称轴有无数多条.( )
(4) π正切函数图象有无数条对称轴,其对称轴是 x=kπ± ,k∈Z.( )
2
2 π.下列函数中,周期为 的是( )
2
A.y=sin x B.y=sin 2x C.y=cos x D.y=cos 4x
2
3.函数 f(x)=sin(-x)的奇偶性是( )
A.奇函数 B.偶函数
C.既是奇函数又是偶函数 D.非奇非偶函数
4 y tan (2x .函数 = )的最小正周期为( )
4
A.2π B π π.π C. D.
2 4
5.函数 y=2cos x+1的值域为________.
6.函数 y=sin x取最大值时 x=________.
【典型例题】
题型一 三角函数的周期问题
1.求下列函数的周期:
(1)y=sin (2x ); (2)y=tan ( x ) .
4 2 3
(3)y=|sin x|.
2.若函数 f(x)=2tan (kx )的最小正周期 T满足 13
练习 1
3.求下列函数的周期.
(1)y=cos x,x∈R; (2)y=sin (1 x ),x∈R.
2 3 4
4.函数 y= | sin x |的最小正周期是________.
2
题型二 三角函数的奇偶性与对称性
5 y sin( 2x .函数 = )的图象的对称轴方程是________,对称中心的坐标是________.
3
6.已知函数 f(x)= 2sin (x ) φ [ , 是奇函数,则 ∈ ]时,φ的值为________.
4 2 2
练习 2
7.函数 y=sin (x )的对称轴为__________________,对称中心为__________________.
4
8.函数 f(x)=sin(2x+φ)为 R上的奇函数,则φ的值可以是( )
A.π B.π C π D.3π.
4 2 2
题型三 三角函数的单调性
9 .求函数 y=2sin (x )的单调区间.
3
练习 3
10.求下列函数的单调递增区间:
(1)y=cos 2x; (2)y=sin ( x) ,x∈[ ,2 ] .
6 2
题型四 正弦、余弦函数的最值(值域)
11.求下列函数的值域:
(1)y cos (x = ),x∈[0, ]; (2)y=cos2x-4cos x+5.
6 2
练习 3
12.求下列函数的值域:
(1)y 2cos (2x ) x [ , = , ∈ ]. (2)f(x)=2sin2x 2sin x 1+ - ,x [ , 5 ∈ ].
6 6 4 2 6 6
【课堂小测】
1.函数 y=4sin(2x-π)的图象关于( )
A.x轴对称 B.原点对称 C.y π轴对称 D.直线 x= 对称
2
2.函数 f(x)=sin (2x )在区间[0, ]上的最小值为( )
4 2
A 2 2.-1 B.- C. D.0
2 2
3.(多选)已知函数 f(x)=sin (x ) (x∈R),下列结论正确的是( )
2
A.函数 f(x) 的最小正周期为 2π B.函数 f(x)在区间[0, ]上单调递增
2
C.函数 f(x)的图象关于直线 x=0对称 D.函数 f(x)是奇函数
4.函数 y=sin2x+sin x-1的最大值为________ ,最小值为________.
5.关于 x的函数 f(x)=sin(x+φ)有以下说法:
①对任意的φ,f(x)都是非奇非偶函数;
②存在φ,使 f(x)是偶函数;
③存在φ,使 f(x)是奇函数;
④对任意的φ,f(x)都不是偶函数.
其中错误的是________(填序号).
6.已知函数 f(x)=2cos (3x ) .
4
(1)求 f(x)的单调递增区间.
(2)求 f(x)的最小值及取得最小值时相应的 x值.
【课后作业】
1.如图中的曲线对应的函数解析式是( )
A.y=|sin x| B.y=sin |x| C.y=-sin |x| D.y=-|sin x|
2 x .函数 y=sin ( )的奇偶性是( )
2 2
A.奇函数 B.偶函数
C.非奇非偶函数 D.既是奇函数也是偶函数
3 π.当- ≤x π ≤ 时,函数 f(x)=2sin (x )有( )
2 2 3
A 1.最大值 1,最小值-1 B.最大值 1,最小值-
2
C.最大值 2,最小值-2 D.最大值 2,最小值-1
4.在[0,2π]上,使 cos x 1≤- 成立的 x的取值集合为________.
2
5.已知函数 f(x)=cos ( x ),则 f(x)的最小正周期是______;f(x)的对称中心是______.
2 3
6 x .设函数 f(x)=tan ( ) .
2 3
(1)求函数 f(x)的定义域、最小正周期、单调区间及对称中心;
(2)求不等式-1≤f(x)≤ 3的解集.

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