资源简介 (共87张PPT)§5.7三角函数的应用第五章 三角函数<<<1.通过构建三角函数模型,尝试解决物理中的简单问题.(难点)2.通过构建三角函数模型解决生活中一些简单的问题.(重点)学习目标现实世界中,许多事物的运动、变化呈现出一定的周期性,例如,地球的自转引起的昼夜交替变化和公转引起的四季交替变化;海水在月球和太阳引力下发生的涨落现象;做简谐运动的物体的位移变化等等,这种周期性可以用三角函数来描述,并可利用三角函数的图象和性质来解决相应的实际问题,今天,我们就一起来探究如何构建三角函数模型解决实际问题.导 语一、三角函数在物理中的应用二、三角函数在生活中的应用课时对点练三、三角函数“拟合”模型的应用随堂演练内容索引三角函数在物理中的应用一1.在物理学中,把物体受到的力(总是指向平衡位置)正比于它离开平衡位置的距离的运动称为“简谐运动”.在适当的直角坐标下,简谐运动可以用函数y=Asin(ωx+φ),x∈[0,+∞)表示,其中A>0,ω>0.2.参数的物理意义:(1)A就是这个简谐运动的 ,它是做简谐运动的物体离开平衡位置的最大距离;(2)简谐运动的周期是T=它是做简谐运动的物体往复运动一次所需要的时间;(3)简谐运动的频率是f=它是做简谐运动的物体在单位时间内往复运动的次数;(4)ωx+φ称为相位;x=0时的相位φ称为 .振幅初相如果A<0或ω<0,应先利用诱导公式把函数进行标准化,把A和ω的符号化为正数以后再确定相位和初相.比如y=-sin应先变成y=sin=sin.注 意 点<<< 如图,一台发电机产生的电流是正弦式电流,即电压U(单位:V)和时间t(单位:s)满足U=311sin(ωt+φ).在一个周期内,电压的绝对值超过的时间为 .例 1s由已知得T=0.02,所以ω==100π,φ=0,所以U=311sin 100πt.在区间[0,0.02]内,令311sin 100πt=得100πt=或100πt=可得t1=t2=;同理令311sin 100πt=-可得t3=t4=.综上,电压的绝对值超过的时间为2×s).解析处理物理学问题的策略(1)常涉及的物理学问题有单摆、光波、电流、机械波等,其共同的特点是具有周期性.(2)明确物理概念的意义,此类问题往往涉及诸如频率、振幅等概念,因此要熟知其意义并与对应的三角函数知识结合解题.反思感悟已知弹簧上挂着的小球上下振动时,小球离开平衡位置的位移s(单位:cm)随时间t(单位:s)的变化规律为s=4sint∈[0,+∞).用“五点法”作出这个函数的简图,并回答下列问题:(1)小球在开始振动(t=0)时的位移是多少?跟踪训练1列表如下:描点、连线,图象如图所示.将t=0代入s=4sin得s=4sin=2所以小球在开始振动时的位移是2 cm.解2t+ 0 π 2πt -s 0 4 0 -4 0(2)小球上升到最高点和下降到最低点时的位移分别是多少?小球上升到最高点和下降到最低点时的位移分别是4 cm和-4 cm.解(3)经过多长时间小球往复振动一次?因为振动的周期是π,所以小球往复振动一次所用的时间是π s.解二三角函数在生活中的应用 (课本例1)如图,某地一天从6~14时的温度变化曲线近似满足函数y=Asin(ωx+φ)+b.(1)求这一天6~14时的最大温差;例 2由图可知,这段时间的最大温差是20 ℃.解(2)写出这段曲线的函数解析式.由图可以看出,从6~14时的图象是函数y=Asin(ωx+φ)+b ①的半个周期的图象,所以A=(30+10)=20.因为.将A=10,b=20,ω=.综上,所求解析式为y=10sin+20,x∈[6,14].解 摩天轮是一种大型转轮状的机械建筑设施,游客坐在摩天轮的座舱里慢慢地往上转,可以从高处俯瞰四周景色.如图,某摩天轮最高点距离地面高度为130米,转盘直径为120米,例 2开启后按逆时针方向匀速旋转,每30分钟转一圈.已知游客在座舱转到距离地面最近的位置进舱,设游客距离地面的高度h(单位:米)关于进舱时间t(单位:分钟)的函数解析式为h(t)=Asin(ωt+φ)+b(其中A>0,ω>0,φ∈ (-π,π)).(1)求h(t);由题意知,T=30,∴ω=有解得由t=0时,h(0)=60sin φ+70=10,解得sin φ=-1,又φ∈(-π,π),∴φ=-∴h(t)=60sin+70.解(2)在摩天轮转动的一圈内,有多长时间游客距离地面的高度不小于100米?由(1)知,h(t)=60sin+70,令h(t)≥100,则sin.故+2kπ≤t-+2kπ,k∈Z,解得10+30k≤t≤20+30k,k∈Z,又0≤t≤30,∴10≤t≤20,∴在摩天轮转动的一圈内,有20-10=10(分钟)游客距离地面的高度不小于100米.解解三角函数应用问题的基本步骤反思感悟某地区的一种特产水果最早一批在每年11月上市,上市初期产量较低,因此价格居高且逐渐上涨,中期产量增大时价格逐渐下跌,后期又由于供应量不足价格上涨,其销售价格f(x)(单位:元/千克)随着月份x的变化满足函数f(x)=Asin+B(x∈[1,10],x∈N*,其中1表示十一月份,2表示十二月份,…),经调查统计,一月份该水果的销售价格为10元/千克,五月份该水果的销售价格为6元/千克.(1)求函数f(x)的解析式;跟踪训练2由题意可得解得所以f(x)=2sin+8(x∈[1,10],x∈N*).解(2)若该水果价格小于7元/千克时,果农就会联合批发商积极拓宽外销渠道,则每年哪几个月份需要采取外销策略?令f(x)=2sin+8<7,即sin<-则2kπ+x-<2kπ+k∈Z,解得8k+因为x∈[1,10],x∈N*,则因此每年4月、5月、6月这三个月需要采取外销策略.解三三角函数“拟合”模型的应用 已知某海滨浴场的浪高y(m)是时间t(时)(0≤t≤24)的函数,记作y=f(t).下表是某日各时刻的浪高数据.经长期观测,y=f(t)可近似地看成是函数y=Acos ωt+b.(1)根据以上数据,求出该函数的周期T、振幅A及函数解析式;例 3t 0 3 6 9 12 15 18 21 24y 1.5 1.0 0.5 1.0 1.5 1.0 0.5 0.99 1.5由表中数据可知T=12,f(t)的最大值为1.5,最小值为0.5,所以ω=A=b==1,所以f(t)=t+1(0≤t≤24).解(2)依据规定,当浪高高于1 m时才对冲浪爱好者开放,试依据(1)的结论,判断一天内8:00至20:00之间有多长时间可供冲浪者进行运动.t 0 3 6 9 12 15 18 21 24y 1.5 1.0 0.5 1.0 1.5 1.0 0.5 0.99 1.5由(1)可知f(t)=t+1,由t+1>1,得cost>0,所以2kπ-t<2kπ+k∈Z,所以12k-3因为8≤t≤20,所以当k=1时,得9所以一天内从上午9点至下午3点共有6个小时可以冲浪.解处理曲线拟合与预测问题时,通常需要以下几个步骤(1)根据原始数据绘出散点图.(2)通过观察散点图,画出与其“最贴近”的直线或曲线,即拟合直线或拟合曲线.(3)根据所学函数知识,求出拟合直线或拟合曲线的函数解析式.(4)利用函数解析式,根据条件对所给问题进行预测和控制,以便为决策和管理提供依据.反思感悟下表中给出了在24小时期间人的体温的变化情况(从夜间零点开始计时):(1)作出这些数据的散点图;跟踪训练3时间(时) 0 2 4 6 8 10 12温度(℃) 36.8 36.7 36.6 36.7 36.8 37 37.2时间(时) 14 16 18 20 22 24温度(℃) 37.3 37.4 37.3 37.2 37 36.8散点图如图所示.解(2)选用一个三角函数来近似描述这些数据.时间(时) 0 2 4 6 8 10 12温度(℃) 36.8 36.7 36.6 36.7 36.8 37 37.2时间(时) 14 16 18 20 22 24温度(℃) 37.3 37.4 37.3 37.2 37 36.8设t时的体温y=Asin(ωt+φ)+c,由表知ymax=37.4,ymin=36.6,则c==37,A==0.4,ω=.由0.4sin+37=37.4,得sin=1,即+φ=2kπ+k∈Z,则φ=2kπ-k∈Z,取φ=-故可用三角函数y=0.4sin+37来近似描述这些数据.解1.知识清单:(1)三角函数在物理中的应用.(2)三角函数在生活中的应用.(3)三角函数“拟合”模型的应用.2.方法归纳:数学建模、数形结合.3.常见误区:选择三角函数模型时,最后结果忘记回归实际问题.随堂演练四12341.函数y=的周期、振幅、初相分别是A.3 B.6C.3π,3,- D.6π,3√12342.如图,某港口一天6时到18时的水深变化曲线近似满足函数y=3sin+k.据此函数可知,这段时间水深(单位:m)的最大值为A.5 B.6 C.8 D.10√根据图象得函数的最小值为2,有-3+k=2,k=5,则最大值为3+k=8.解析12343.某兴趣小组以某闰年春分为起始时间(已知春分时太阳直射点在赤道上),测量了一整年内太阳直射点纬度,并通过正弦型函数来模拟该闰年太阳直射点的变化.已知太阳直射点移至最北端时纬度约为北纬23.44°,用x代表天数,y代表太阳直射点纬度,太阳直射北半球时取正值,直射南半球时取负值,则该年太阳直射点的变化近似满足下列哪个函数A.y=23.44sin xB.y=23.44sin xC.y=46.88sin xD.y=46.88sin x√1234由题意设y=Asin ωx(A>0,ω>0),又T=366,则ω=因为太阳直射点移至最北端时纬度约为北纬23.44°,所以A=23.44,则近似满足函数y=23.44sin x.解析12344.如图,单摆从某点开始来回摆动,离开平衡位置O的位移s(单位:cm)和时间t(单位:s)的函数关系为s=2cos那么单摆摆动的频率为 ,第二次到达平衡位置O所需要的时间为 s.单摆摆动的频率f=.当t=时,s=0,故第一次到达平衡位置O所需要的时间为 s.所以第二次到达平衡位置O所需要的时间为T=s).解析 课时对点练五对一对答案12345678910111213141516题号 1 2 3 4 5 6 7 8答案 C D C C D C ACD 4题号 9 11 12 13 15答案 h=-6sint(0≤t≤24) A AB BD10.答案123456789101112131415(1)周期T==1(s).列表:描点、连线,画图如图所示.(答案不唯一)162πt+ π 2π 2π+t 0 16sin 3 6 0 -6 0 310.答案123456789101112131415(2)①小球开始摆动(即t=0)时,离开平衡位置的距离为3 cm.②小球摆动时,离开平衡位置的最大距离是6 cm.③小球来回摆动一次需要1 s(即周期).1614.答案123456789101112131415(1)因为x∈[4,16],所以x-所以当x-即x=14时函数取最大值,此时最高温度为30 ℃,当x-=-即x=6时函数取最小值,此时最低温度为10 ℃,所以最大温差为30 ℃-10 ℃=20(℃).1614.答案123456789101112131415(2)令10sin+20=15,得sin=-又x∈[4,16],所以x=.令10sin+20=25,得sin1614.答案123456789101112131415又x∈[4,16],所以x=.又当x∈时x-所以该函数在上单调递增.故该细菌能存活的最长时间为小时).1616.答案123456789101112131415(1)细菌的存活时间与日期位置序号x之间的函数解析式满足y=Asin(ωx+φ)+t,由表可知函数的最大值为19.4,最小值为5.4,∴2A=19.4-5.4=14,故A=7.2t=19.4+5.4=24.8,故t=12.4.又T=365,∴ω=.当x=172时+φ=∴φ=-∴y=7sin+12.4(1≤x≤365,x∈N).1616.答案123456789101112131415(2)由y>15.9得sin∴x-结合1≤x≤365,x∈N,可得112≤x≤232,x∈N.∴这种细菌一年中大约有121天的存活时间大于15.9小时.16基础巩固1.函数s=Asin(ωt+φ)(A>0,ω>0)表示一个振动量,振幅是2,频率是初相是则这个函数为A.s=2sint≥0)B.s=t≥0)C.s=2sint≥0)D.s=t≥0)√答案123456789101112131415162.音叉是呈“Y”形的钢质或铝合金发声器(如图1),各种音叉可因其质量和叉臂长短、粗细不同而在振动时发出不同频率的纯音.敲击某个音叉时,在一定时间内,音叉上点P离开平衡位置的位移y与时间t的函数关系答案12345678910111213141516由图象可得,T=4×即则ω=400π.解析为y=sin ωt,t∈[0,+∞).图2是该函数在一个周期内的图象,根据图中数据可确定ω的值为A.200 B.400 C.200π D.400π√3.在两个弹簧上各挂一个质量分别为m1和m2的小球,它们做上下自由振动.已知它们在时间t(s)时离开平衡位置的位移s1(cm)和s2(cm)分别由下列两式确定:s1=5sins2=5cos.则在时间t=时,s1与s2的大小关系是A.s1>s2 B.s1C.s1=s2 D.不能确定√答案12345678910111213141516当t=时,s1=5sin=-5,s2=5cos=-5,则s1=s2.解析4.商场人流量被定义为每分钟通过入口的人数,五一节假日某商场的人流量满足函数F(t)=50+4sin t≥0),则在下列哪个时间段内人流量是增加的A.[0,5] B.[5,10] C.[10,15] D.[15,20]√答案12345678910111213141516由2kπ-≤2kπ+k∈Z,知函数F(t)的单调递增区间为[4kπ-π,4kπ+π],k∈Z.当k=1时,t∈[3π,5π],且[10,15] [3π,5π].故F(t)在[10,15]时间段内人流量是增加的.解析5.如图所示是一个主体高为1.5 m的螺旋形旋转滑梯.某游客从该滑梯顶端出发一直滑到底部,把其运动轨迹投影到滑梯的轴截面上,得到的曲线对应的函数解析式为y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)(x,y的单位:m),若该游客整个运动过程中相位的变化量为,则ω的值为A. B.C.2π D.√答案12345678910111213141516答案12345678910111213141516由旋转滑梯高为1.5 m知,投影到轴截面上后,游客对应在横轴上移动的距离是1.5 m,当x=0时,初相为φ,且游客一直滑到底部,则最后的相位为1.5ω+φ,故整个运动过程中,相位的变化量为1.5ω+φ-φ=,所以ω=.解析6.为了研究钟表与三角函数的关系,建立如图所示的坐标系,设秒针位置P(x,y).若初始位置为P0当秒针从P0(此时t=0)开始时,点P的纵坐标y与时间t的函数解析式为A.y=sint∈[0,+∞)B.y=sint∈[0,+∞)C.y=sint∈[0,+∞)D.y=sint∈[0,+∞)√答案12345678910111213141516答案12345678910111213141516由题意可得T=60且秒针按顺时针旋转,即T==60,所以|ω|=即ω=-.结合初始位置P0可知C正确.解析7.(多选)单摆运动是一种简谐运动,摆球的运动情况可以用三角函数表达为y=Asin(ωx +φ),A>0,ω>0,|φ|<其中x表示时间(单位:s),y表示位移(单位:cm),A表示振幅表示频率,φ表示初相.如图甲,某个小球做单摆运动,规定摆球向右偏移的位移为正,竖直方向为平衡位置.图乙表示该小球在0~3 s时运动的位移随时间变化的情况.根据秒表记录,当x=时,小球第一次到平衡位置;当x=时,小球的位移第一次到反向最大值.下列选项中正确的是A.频率为B.初相φ=C.振幅A=10D.当x=时,小球第三次回到平衡位置答案12345678910111213141516√√√A选项,设最小正周期为T,由题意得 T=2 ω=π,频率为故A正确;B选项,当x=时,小球第一次到平衡位置,即x=是函数单调递减区间上的零点,且|φ|<所以sin=0 φ=故B错误;C选项,根据图中的信息知点(3,-5)在图象上,所以Asin=-5 A=10,故C正确;D选项,当x=时,小球第一次到达平衡位置,当x=+2=时,小球第三次到达平衡位置,故D正确.解析答案123456789101112131415168.如图是两个齿轮旋转的示意图,被动轮随着主动轮的旋转而旋转,而且被动轮与主动轮有相反的旋转方向.A,B两点分别位于该齿轮的主动轮与被动轮上,初始位置如图①所示,A,B两点到两齿轮中心O1,O2所在直线的距离随时间的变化满足如图②所示的函数图象,已知主动轮转动一圈的时间小于被动轮转动一圈的时间,则A,B两点再次同时回到初始位置所经过的时间为 s.答案123456789101112131415164答案12345678910111213141516设主动轮、被动轮的周期分别为T1,T2,则T1=1 sT2=1 s,故T1= s,T2=2 s,所以3T1=2T2=4 s,故需要经过4 s,A,B再次同时回到起点.解析9.如图表示相对于平均海平面的某海湾的水面高度h(单位:米)在某天0~24时的变化情况,则水面高度h关于时间t的函数关系式为 .答案12345678910111213141516h=-6sint(0≤t≤24)答案12345678910111213141516设h=Asin(ωt+φ),其中A>0,ω>0,由图象知A=6,T=12,∴=12,即ω=.点(6,0)为五点法作图中的第一点,故×6+φ=0,得φ=-π,∴h=6sin=-6sint(0≤t≤24).解析10.一根细线的一端固定,另一端悬挂一个小球,当小球来回摆动时,离开平衡位置的位移s(单位:cm)与时间t(单位:s)的函数关系是s=6sin.(1)画出它在一个周期内的图象;答案12345678910111213141516答案12345678910111213141516解周期T==1(s).列表:描点、连线,画图如图所示.(答案不唯一)2πt+ π 2π 2π+t 0 16sin 3 6 0 -6 0 3(2)回答以下问题:①小球开始摆动(即t=0)时,离开平衡位置的距离是多少?答案12345678910111213141516小球开始摆动(即t=0)时,离开平衡位置的距离为3 cm.解②小球摆动时,离开平衡位置的最大距离是多少?小球摆动时,离开平衡位置的最大距离是6 cm.解③小球来回摆动一次需要多少时间?小球来回摆动一次需要1 s(即周期).解11.在一个圆形波浪实验水池的中心有三个振动源,假如不计其他因素,在t秒内,它们引发的水面波动可分别由函数y1=sin t,y2=sin和y3=sin描述,如果两个振动源同时启动,则水面波动由两个函数的和表示,在某一时刻使这三个振动源同时开始工作,那么,原本平静的水面将呈现的状态是A.仍保持平静 B.不断波动C.周期性保持平静 D.周期性保持波动√综合运用答案12345678910111213141516答案123456789101112131415∵sin t+sin+sin=sin t+sin t·cos+cos t·sin+sin t·cos+cos t·sin=sin t-sin t+cos t-sin t-cos t=0,∴三个振动源同时开始工作时,水面仍保持平静.解析1612.(多选)如图是某市夏季某一天的温度变化曲线,若该曲线近似地满足函数y=Asin(ωx+φ)+B(ω>0,0<φ<π),则下列说法正确的是A.该函数的最小正周期是16B.该函数图象的一条对称轴是直线x=14C.该函数的解析式是y=10sin+20(0≤x≤24)D.这一天的函数关系式也适用于第二天√答案12345678910111213141516√答案12345678910111213141516由题意以及函数的图象可知,A+B=30,-A+B=10,∴A=10,B=20.∵=14-6,∴T=16,故A正确;∵T=∴ω=∴y=10sin+20.∵图象经过点(14,30),∴30=10sin+20,解析答案12345678910111213141516∴sin=1,又0<φ<π,∴φ=∴y=10sin+20(0≤x≤24),故B正确,C错误;这一天的函数关系式只适用于当天,第二天这个关系式不一定适用,故D错误.解析13.国际油价在某一时间内呈现出正弦波动规律:P=Asin+60(A >0,ω>0)(单位:美元),现采集到下列信息:最高油价为80美元,当t=150(单位:天)时达到最低油价,则ω的最小值为 .答案12345678910111213141516 由题意得A=20.当t=150时达到最低油价,即sin=-1,此时150ωπ+=2kπ-k∈Z,因为ω>0,所以令k=1,得150ωπ+=2π-解得ω=.故ω的最小值为.解析14.已知某地一天4~16时的温度变化曲线近似满足函数y=10sin+ 20,x∈[4,16].(1)求该地这一段时间内温度的最大温差;答案12345678910111213141516答案123456789101112131415因为x∈[4,16],所以x-所以当x-即x=14时函数取最大值,此时最高温度为30 ℃,当x-=-即x=6时函数取最小值,此时最低温度为10 ℃,所以最大温差为30 ℃-10 ℃=20(℃).解16(2)若有一种细菌在15 ℃到25 ℃之间可以生存,那么在这段时间内,该细菌最多能生存多长时间?答案12345678910111213141516答案123456789101112131415令10sin+20=15,得sin=-又x∈[4,16],所以x=.令10sin+20=25,得sin又x∈[4,16],所以x=.解16答案123456789101112131415又当x∈时x-所以该函数在上单调递增.故该细菌能存活的最长时间为小时).解1615.(多选)如图,一个水轮的半径为6 m,水轮轴心O距离水面的高度为3 m,已知水轮按逆时针匀速转动,每分钟转动5圈,当水轮上的一点P从水中浮现时(图中点P0)开始计时,记f(t)(单位:m.在水面下,则f(t)为负数)为点P距离水面的高度关于时间t(单位:s)的函数,则下列结论正确的是A.f(3)=9B.f(1)=f(7)C.若f(t)≥6,则2+12k≤t≤5+12k(k∈N)D.无论t为何值,f(t)+f(t+4)+f(t+8)是定值拓广探究答案12345678910111213141516√√答案12345678910111213141516如图,以水轮所在平面为坐标平面,以水轮的轴心O为坐标原点,x轴和y轴分别平行和垂直于水面建立平面直角坐标系,依题意得,OP在t(s)内所转过的弧度数为t,则∠POx=t-则点P的纵坐标为y=6sin所以点P距离水面的高度关于时间t(s)的函数为f(t)=6sin+3.则f(3)=6sin+3=3+3,选项A错误;解析答案12345678910111213141516因为f(1)=6sin+3=3,f(7)=6sin+3=3,所以f(1)=f(7),选项B正确;由f(t)≥6,得sin即+2kπ≤t-+2kπ,k∈N,解得2+12k≤t≤6+12k(k∈N),选项C错误;由f(t)+f(t+4)+f(t+8)=6sin+3+6sin+3+6sin+3,展开整理得f(t)+f(t+4)+f(t+8)=9为定值,选项D正确.解析答案12345678910111213141516.在自然条件下,对某种细菌在一天内存活的时间进行了一年的统计与测量,得到10次测量结果(时间近似到0.1小时),结果如表所示:(1)试选用一个形如y=Asin(ωx+φ)+t(A>0,ω>0)的函数来近似描述一年(按365天计)中该细菌一天内存活的时间y与日期位置序号x之间的函数解析式;16日期 1月 1日 2月 28日 3月 21日 4月 27日 5月 6日 6月 21日 8月 13日 9月 20日 10月 25日 12月21日日期位置序号x 1 59 80 117 126 172 225 263 298 355存活时间y/小时 5.6 10.2 12.4 16.4 17.3 19.4 16.4 12.4 8.5 5.4细菌的存活时间与日期位置序号x之间的函数解析式满足y=Asin(ωx+φ)+t,由表可知函数的最大值为19.4,最小值为5.4,∴2A=19.4-5.4=14,故A=7.2t=19.4+5.4=24.8,故t=12.4.又T=365,∴ω=.当x=172时+φ=∴φ=-∴y=7sin+12.4(1≤x≤365,x∈N).解答案12345678910111213141516答案123456789101112131415(2)用(1)中的结果估计该种细菌一年中大约有多少天的存活时间大于15.9小时.16日期 1月 1日 2月 28日 3月 21日 4月 27日 5月 6日 6月 21日 8月 13日 9月 20日 10月 25日 12月21日日期位置序号x 1 59 80 117 126 172 225 263 298 355存活时间y/小时 5.6 10.2 12.4 16.4 17.3 19.4 16.4 12.4 8.5 5.4答案123456789101112131415由y>15.9得sin∴x-结合1≤x≤365,x∈N,可得112≤x≤232,x∈N.∴这种细菌一年中大约有121天的存活时间大于15.9小时.解16第五章 三角函数<<< 展开更多...... 收起↑ 资源预览