快速高效的做三角函数图像

前言

分类说明

求函数的值域问题时,可以用(omega x+phi)作为横轴,快速做图像来计算;此时比用(x)轴做图像计算快的多;

例1求函数(y=2sin(2x+cfrac{pi}{6})+1,xin[0,cfrac{pi}{2}])的值域。

法1:横轴为(x),如图1所示,利用图像的变换得到函数(y=2sin(2x+cfrac{pi}{6})+1,xin[0,cfrac{pi}{2}])的图像,

由图像可以看出来,当(x=cfrac{pi}{2})时,函数(f(x)_{min}=2sin(2 imescfrac{pi}{2}+cfrac{pi}{6})+1=0)

(x=cfrac{pi}{6})时,函数(f(x)_{max}=2sin(2 imescfrac{pi}{6}+cfrac{pi}{6})+1=3)

故函数的值域为([0,3])

法2,整体代换,如图2所示,横轴为(2x+cfrac{pi}{6}=X),由(0leq xleq cfrac{pi}{2})

(cfrac{pi}{6}leq 2x+cfrac{pi}{6}leq cfrac{7pi}{6}),则(-cfrac{1}{2}leq sin(2x+cfrac{pi}{6})leq 1)

(0leq 2sin(2x+cfrac{pi}{6})+1leq 3),故(0leq yleq 3)

反思总结:

1、从作图角度讲,图2的做法由于使用了整体代换,作图过程简单明了,思路清晰,截取快捷,故常用图2的方法来做三角函数的图像。

2、用图2的方法也可以求解函数的单调区间。比如,对函数(y=2sinX+1)而言,在(Xin [cfrac{pi}{6},cfrac{pi}{2}])上单调递增,即(2x+cfrac{pi}{6}in [cfrac{pi}{6},cfrac{pi}{2}])上单调递增,解得(xin [0,cfrac{pi}{6}]),即函数(y=2sin(2x+cfrac{pi}{6})+1)在区间([0,cfrac{pi}{6}])上单调递增,和图1的单调递增区间是一样的。

求限定区间上的三角函数的单调性;

例2【2016(cdot)天津高考】已知函数(f(x)=4tanxcdot sin(cfrac{pi}{2}-x)cdot cos(x-cfrac{pi}{3})-sqrt{3})

(1).求函数的定义域;

分析:由函数解析式可知,需要让(tanx)有意义,故定义域为({xmid x eq kpi+cfrac{pi}{2},kin Z})

(2).试讨论(f(x))在区间([-cfrac{pi}{4},cfrac{pi}{4}])上的单调性。

分析:先将所给函数化简为正弦型或者余弦型,

(f(x)=4tanxcdot cosx(cosxcdot cfrac{1}{2}+sinxcdot cfrac{sqrt{3}}{2})-sqrt{3})

(=4sinx(cosxcdot cfrac{1}{2}+sinxcdot cfrac{sqrt{3}}{2})-sqrt{3})

(=2sinxcosx+2sqrt{3}sin^2x-sqrt{3})

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

(=sin2x-sqrt{3}cos2x)

(=2sin(2x-cfrac{pi}{3}))

法1:先求解函数在(xin R)上的单调区间,

(2kpi-cfrac{pi}{2}< 2x-cfrac{pi}{3}< 2kpi+cfrac{pi}{2}(kin Z))

得到单调递增区间为((kpi-cfrac{pi}{12},kpi+cfrac{5pi}{12})(kin Z))

然后给(k)赋值,令(k=0),又因为(xin [-cfrac{pi}{4},cfrac{pi}{4}])

[说明:求得的单调递增区间和给定区间求交集,即为所求的单调递增区间;剩余的即为单调递减区间]

得到函数在区间((-cfrac{pi}{12},cfrac{pi}{4}])上单调递增,在区间([-cfrac{pi}{4},-cfrac{pi}{12}))上单调递减。

法2:由(-cfrac{pi}{4}leq xleq cfrac{pi}{4}),求得(-cfrac{5pi}{6}leq 2x-cfrac{pi}{3}leq cfrac{pi}{6}),结合横轴为(2x-cfrac{pi}{3})的图像可知,

(-cfrac{5pi}{6}leq 2x-cfrac{pi}{3}< -cfrac{pi}{2})时,求得函数在区间([-cfrac{pi}{4},-cfrac{pi}{12}))单调递减;

(-cfrac{pi}{2}< 2x-cfrac{pi}{3}leq cfrac{pi}{6})时,求得函数在区间((-cfrac{pi}{12},cfrac{pi}{4}])单调递增;

导函数中含有三角函数且(omega=1)时,尽可能以(x)为横轴,快速作图并平移;若(omega eq 1)时,仿上例完成即可;

例1【2020届高三模拟训练】若关于(x)的方程(cfrac{me^x}{2}-sin x=0)([-pi,-cfrac{pi}{2}])上有(2)个零点,则实数(m)的取值范围是【】

$A.(-sqrt{2}e^{frac{3pi}{4}},0)$ $B.(-sqrt{2}e^{frac{pi}{4}},-2e^{frac{pi}{2}}]$ $C.(-sqrt{2}e^{frac{3pi}{4}},-2e^{frac{pi}{2}}]$ $D.(-sqrt{2}e^{frac{3pi}{4}},-2e^{frac{pi}{2}})$

分析:由于(cfrac{me^x}{2}-sin x=0),故(m=cfrac{2sin x}{e^x}),令(f(x)=cfrac{2sin x}{e^x}),则(f'(x)=cfrac{2sqrt{2}cos(x+cfrac{pi}{4})}{e^x})

接下来可以从数的角度,通过解(f'(x)>0)(f'(x)<0)求得单调区间,此处从略;

也可以从形的角度直接解读单调区间,以下重点说明如何从形的角度直接解读单调区间;

由于(e^x>0),故主要借助函数(y=cos(x+cfrac{pi}{4}))(xin [-pi,-cfrac{pi}{2}])

可以先做出(y=cos x)的图像,再通过平移得到(y=cos(x+cfrac{pi}{4}))(xin [-pi,-cfrac{pi}{2}])的图像,

可知当(xin [-pi,-cfrac{3pi}{4}))(f'(x)<0),当(xin (-cfrac{3pi}{4},-cfrac{pi}{2}])时,(f'(x)>0)

故函数(f(x))在区间([-pi,-cfrac{3pi}{4}))单调递减,在区间(xin (-cfrac{3pi}{4},-cfrac{pi}{2}])单调递增,

(f(-pi)=0)(f(-cfrac{3pi}{4})=-sqrt{2}e^{frac{3pi}{4}})(f(-cfrac{pi}{2})=-2e^{frac{pi}{2}})

做出函数的大致图像,由图像可知,(y=m)(y=f(x))的图像要有两个交点,

(min (-sqrt{2}e^{frac{3pi}{4}},-2e^{frac{pi}{2}}]),故选(C)

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