正弦型函数的给出方式

前言

凡是使用正弦型思路求解的问题,自然都会与正弦型函数的给出方式有关。

使用正弦型思路考查的素材

给出角度

①用三角变换给出,高频给出方式;注意使用二倍角的正弦、余弦公式的逆用和辅助角公式的使用;

引例1(xin [-cfrac{pi}{3},cfrac{pi}{4}])时,求函数(f(x)=2sinxcdot cosx+2sqrt{3}cdot cos^2x-sqrt{3}+1)的值域,

解析:函数(f(x)=2sinxcdot cosx+2sqrt{3}cdot cos^2x-sqrt{3}+1)

(=2sin(2x+cfrac{pi}{3})+1)

(xin [-cfrac{pi}{3},cfrac{pi}{4}]),则可得

(-cfrac{2pi}{3}leq 2xleq cfrac{pi}{2}),则(-cfrac{pi}{3}leq 2x+cfrac{pi}{3}leq cfrac{5pi}{6})

故当(2x+cfrac{pi}{3}=-cfrac{pi}{3}),即(x=-cfrac{pi}{3})时,(f(x)_{min}=f(-cfrac{pi}{3})=2 imes (-cfrac{sqrt{3}}{2})+1=-sqrt{3}+1)

故当(2x+cfrac{pi}{3}=cfrac{pi}{2}),即(x=cfrac{pi}{12})时,(f(x)_{max}=f(cfrac{pi}{12})=2 imes 1+1=3)

②用向量运算给出,如向量的内积或平行或垂直关系给出;注意向量的坐标运算公式的正确使用;

引例2已知(vec{m}=(2sinx,sqrt{3}cosx))(vec{n}=(cosx,2cosx)),函数(f(x)=vec{m}cdot vec{n}-sqrt{3}+1)

(f(x)=2sinxcdot cosx+2sqrt{3}cdot cos^2x-sqrt{3}+1)

(f(x)=sin2x+sqrt{3}(2cos^2x-1)+1)

(=sin2x+sqrt{3}cos2x+1)

(=2sin(2x+cfrac{pi}{3})+1)

例1【2020人大附中高一试题第17题】如图,半径为(2)的扇形的圆心角为(120^{circ})(M)(N)分别是半径(OP)(OQ)的中点,(A)(overset{frown}{PQ})上任意一点,则(overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN})的取值范围是___________。

法1:从数的角度思考[主要基于给定的是扇形,其上的点可以借助圆上的点的坐标表示,这样所有点的坐标都可以表示出来,其中点(A)是动点,其坐标可以采用引入参数的方式,其他的点的坐标都是固定的数字,这样向量就可以使用坐标表示,向量的运算也可以使用坐标表示,从而向量的内积的取值范围问题,就转化为函数的值域问题了,而为了使用坐标,常常采用主动建立平面直角坐标系的方式来完成],

建立如图所示的平面直角坐标系,

则点(P(-1,sqrt{3})),半径(OP)的中点(M(-cfrac{1}{2},cfrac{sqrt{3}}{2})),点(Q(2,0)),半径(OQ)的中点(N(1,0))

动点(A)的坐标设为(A(2cos heta,2sin heta)),其中限制参数的范围为( hetain [0,cfrac{2pi}{3}]),以保证其为(overset{frown}{PQ})上任意一点,

(overrightarrow{AM}=(-cfrac{1}{2}-2cos heta,cfrac{sqrt{3}}{2}-2sin heta))(overrightarrow{AN}=(1-2cos heta,-2sin heta))

(overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN}=(-cfrac{1}{2}-2cos heta)(1-2cos heta)+(cfrac{sqrt{3}}{2}-2sin heta)(-2sin heta))

(=-cfrac{1}{2}+cos heta-2cos heta+4cos^2 heta-sqrt{3}sin heta+4sin^2 heta)

(=-sqrt{3}sin heta-cos heta+4-cfrac{1}{2}=-2sin( heta+cfrac{pi}{6})+cfrac{7}{2})

由于(0leqslant hetaleqslant cfrac{2pi}{3}),故(cfrac{pi}{6}leqslant heta+cfrac{pi}{6}leqslant cfrac{5pi}{6})

(cfrac{1}{2}leqslant sin( heta+cfrac{pi}{6})leqslant 1),则(cfrac{3}{2}leqslant -2sin( heta+cfrac{pi}{6})+cfrac{7}{2}leqslantcfrac{5}{2})

(overrightarrow{AM}cdot overrightarrow{AN})的取值范围是([cfrac{3}{2},cfrac{5}{2}]).

③用图像变换给出,注意图像变换的实质;

引例2

例3【伸缩变换】【2016洛阳模拟】已知曲线(C)的极坐标方程是( ho=2),以极点为原点,极轴为(x)轴的正半轴建立平面直角坐标系,直线(l)的参数方程为(egin{cases}x=1+t\y=2+sqrt{3}tend{cases}(t为参数))

(1)写出直线(l)的普通方程与曲线(C)的直角坐标方程;

(2)设曲线(C)经过伸缩变换(egin{cases}x'=x\y'=cfrac{1}{2}yend{cases})得到曲线(C'),设(M(x,y))为曲线(C')上任意一点,求(x^2-sqrt{3}xy+2y^2)的最小值,并求相应的点(M)的坐标。

分析:(1)消去参数(t),得到直线(l)的普通方程为(sqrt{3}x-y-sqrt{3}+2=0)

( ho=2),得到曲线(C)的直角坐标方程为(x^2+y^2=4)

(2)曲线(C:x^2+y^2=4)经过伸缩变换(egin{cases}x'=x\y'=cfrac{1}{2}yend{cases})得到曲线(C')

即将(x=x',y=2y')代入(C:x^2+y^2=4)得到,(x'^2+4y'^2=4)

整理得到曲线(C':cfrac{x^2}{4}+y^2=1)

由曲线(C')的参数方程得到点(M(2cos heta,sin heta))

(x=2cos heta,y=sin heta),代入得到

(x^2-sqrt{3}xy+2y^2=(2cos heta)^2-sqrt{3}cdot 2cos hetacdot sin heta+2sin^2 heta)

(=4cos^2 heta+2sin^2 heta-cfrac{sqrt{3}}{2}sin2 heta)

(=2+2cos^2 heta-cfrac{sqrt{3}}{2}sin2 heta)

(=2+1+cos2 heta-cfrac{sqrt{3}}{2}sin2 heta)

(=3-2sin(2 heta-cfrac{pi}{6}))

(2 heta-cfrac{pi}{6}=2kpi+cfrac{pi}{2}(kin Z))

( heta=kpi+cfrac{pi}{3}(kin Z))时,

即点(M(1,cfrac{sqrt{3}}{2}))(M(-1,-cfrac{sqrt{3}}{2}))时,

(x^2-sqrt{3}xy+2y^2)的最小值为1.

④用表格给出,注意表格信息的有效利用以及思考顺序,

引例2

④用图像给出,注意解读三角函数的图像信息;

引例2【有图情形】函数(f(x)=Asin(omega x+phi)+b(A>0,omega>0,|phi|<cfrac{pi}{2}))的一部分图像如图所示,则其解析式为【】

$A.f(x)=3sin(2x-cfrac{pi}{6})+1$
$B.f(x)=2sin(3x+cfrac{pi}{3})+2$
$C.f(x)=2sin(3x-cfrac{pi}{6})+2$
$D.f(x)=2sin(2x+cfrac{pi}{6})+2$

分析:由图像可知,函数的最大值(M=4),最小值(m=0),故(A=cfrac{4-0}{2}=2)(b=cfrac{4+0}{2}=2)

又由于(cfrac{T}{4}=cfrac{5pi}{12}-cfrac{pi}{6}=cfrac{pi}{4}),故(T=pi),故(omega=cfrac{2pi}{pi}=2)

(2 imes cfrac{pi}{6}+phi=cfrac{pi}{2}),解得(phi=cfrac{pi}{6}in (-cfrac{pi}{2},cfrac{pi}{2}))

故所求解析式为(f(x)=2sin(2x+cfrac{pi}{6})+2),故选(D)

例3【无图情形】【2018届湖南衡阳八中第二次月考】已知函数(y=sin(ωx+φ)) ((ω>0,0<φ<π))的最小正周期为(π),且函数图象关于点((-cfrac{3pi}{8},0))对称,则该函数的解析式为________.

分析:由于函数(y=sin(ωx+φ))的最小正周期为(π),故(omega=2),又图象关于点((-cfrac{3pi}{8},0))对称,

(2 imes (-cfrac{3pi}{8})+phi=kpi),故(phi=kpi+cfrac{3pi}{4})(kin Z) ,

(k=0)时,(phi=cfrac{3pi}{4}in (0,pi)),故解析式为(y=sin(2x+cfrac{3pi}{4})).

引例21(三轮模拟考试理科用题)已知(f(x)=2Acos^2(omega x+phi)(A>0,omega>0,0<phi<cfrac{pi}{2})),直线(x=cfrac{pi}{3})和点((cfrac{pi}{12},0))分别是函数(f(x))图象上相邻的一条对称轴和一个对称中心,则函数(f(x))的单调增区间为( ).

$A.[kpi-cfrac{2pi}{3} ,kpi-cfrac{pi}{6}](kin Z)$
$B.[kpi-cfrac{pi}{6} ,kpi+cfrac{pi}{3}](kin Z)$
$C.[kpi-cfrac{5pi}{12} ,kpi+cfrac{pi}{12}](kin Z)$
$D.[kpi+cfrac{pi}{12} ,kpi+cfrac{7pi}{12}](kin Z)$

分析:这类题目一般需要先将(f(x))转化为正弦型或者余弦型,

再利用给定的条件分别求(omega)(phi),由(f(x)=2Acos^2(omega x+phi)=A[cos2(omega x+phi)+1]-A=Acos(2omega x+2phi))

故其周期为(T=cfrac{2pi}{2omega}=cfrac{pi}{omega})

又由题目可知(cfrac{T}{4}=cfrac{pi}{3}-cfrac{pi}{12}=cfrac{pi}{4}),则(T=pi=cfrac{pi}{omega})

(omega=1),则函数简化为(f(x)=Acos(2x+2phi)),再利用直线(x=cfrac{pi}{3})是函数(f(x))图象上的一条对称轴,

(2 imes cfrac{pi}{3}+2phi=kpi,(kin Z)),解得(phi=cfrac{kpi}{2}-cfrac{pi}{3})

(k=1),则(phi=cfrac{pi}{6}in (0,cfrac{pi}{2})),满足题意,故(f(x)=Acos(2x+2phi)=Acos(2x+cfrac{pi}{3})).

(2kpi-pileq 2x+cfrac{pi}{3}leq 2kpi(kin Z)),解得(kpi-cfrac{2pi}{3}leq x leq kpi-cfrac{pi}{6}),即单调递增区间为(A.[kpi-cfrac{2pi}{3} ,kpi-cfrac{pi}{6}](kin Z));

⑤用实际问题给出,比如求几何图像的周长、面积或者弦长,或者曲线上的动点到定直线的距离;

引例2【2017(cdot)广东汕头一模】【求面积的最大值】已知(Delta ABC)的内角(A,B,C)的对边分别是(a,b,c),且满足(b=c)(cfrac{b}{a}=cfrac{1-cosB}{cosA}),若点(O)(Delta ABC)外的一点,(angle AOB= heta(0< heta<pi))(OA=2)(OB=1),则四边形(OACB)面积的最大值是【】

$A.cfrac{4+5sqrt{3}}{4}$ $B.cfrac{8+5sqrt{3}}{4}$ $C.3$ $D.cfrac{4+5sqrt{3}}{4}$

分析:由(cfrac{b}{a}=cfrac{sinB}{sinA}=cfrac{1-cosB}{cosA})

得到(sinBcosA+cosBsinA=sinA),即(sin(A+B)=sinA)

(sinC=sinA),即(A=C)

(a=b=c),为等边三角形。

(Delta AOB)中,(AB^2=2^2+1^2-2cdot 2cdot 1cdot cos heta=5-4cos heta)

(S_{OACB}=S_{Delta AOB}+S_{Delta ABC})

(=cfrac{1}{2}cdot 2cdot 1cdot sin heta+cfrac{sqrt{3}}{4}cdot AB^2)

(=sin heta+cfrac{sqrt{3}}{4}(5-4cos heta)=2sin( heta-cfrac{pi}{3})+cfrac{5sqrt{3}}{4})

( heta-cfrac{pi}{3}=cfrac{pi}{2})时,即( heta=cfrac{5pi}{6}in (0,pi))时,四边形的面积有最大值,

(S_{max}=2+cfrac{5sqrt{3}}{4}=cfrac{8+5sqrt{3}}{4}),故选(B)

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