三角函数图像平移后重合对称

前言

以下是正弦型函数(f(x)=2sin(2x+cfrac{pi}{3}))的平移效果图像,可以自己体会一番;

动手体验,反思总结:

①.将周期函数的图像平移后,若所得图像与原图像重合,则平移长度必然等于周期(T)的整数倍(k(kin )),或者平移前后的自变量整体差值为周期(T)的整数倍(k(kin ))

(y=sin(omega x+cfrac{pi}{4})),向左平移(cfrac{pi}{3})个单位,所得图像与原图像重合,求正整数(omega)的最小值;

思路1:由平移长度必然等于周期的整数倍得到,(cfrac{pi}{3}=kcdot cfrac{2pi}{omega})((kin ))

整理得到(omega=6k(omega >0)),故(omega_{min}=6)

思路2:由平移前后的自变量整体差值为(kcdot 2pi(kin ))得到,

(omega(x+cfrac{pi}{3})+cfrac{pi}{4}=omega x+cfrac{pi}{4}+2kpi)((kin ))

整理得到(omega=6k(omega>0)),故(omega_{min}=6)

②.将周期函数的图像平移后,若所得图像与原图像对称轴重合,则平移长度必然等于半周期(cfrac{T}{2})的整数倍(k(kin )),或者平移前后的自变量整体差值为半周期(cfrac{T}{2})的整数倍(k(kin ))

典例剖析

【图像移动后和原图像对称轴重合】【2017•临沂模拟】将函数(y=2sin(omega x-cfrac{pi}{4})(omega >0))的图象分别向左、向右各平移(cfrac{pi}{4})个单位长度后,所得的两个图象对称轴重合,则(omega)的最小值为________.

法1:将函数(y=2sin(omega x-cfrac{pi}{4})(omega >0))的图象向左平移(cfrac{pi}{4})个单位长度后,

得到(y=2sin[omega (x+cfrac{pi}{4})-cfrac{pi}{4}]=2sin(omega x+cfrac{(omega-1)pi}{4}))

将函数(y=2sin(omega x-cfrac{pi}{4})(omega >0))的图象向右平移(cfrac{pi}{4})个单位长度后,

得到(y=2sin[omega (x-cfrac{pi}{4})-cfrac{pi}{4}]=2sin(omega x-cfrac{(omega+1)pi}{4}))

由于平移后的对称轴重合,故自变量的整体差值为(kpi)将两个自变量都视为整体,则其(T=2pi),半周期为(pi),故其差值为(kpi)(quad)

(omega x+cfrac{(omega-1)pi}{4}=omega x-cfrac{(omega+1)pi}{4}+kpi(kin ))

化简得到(omega=2k(kin )),又(omega>0), 故(omega_{min}=2)

法2:将函数(y=2sin(omega x-cfrac{pi}{4})(omega >0))的图象向左平移(cfrac{pi}{4})个单位长度后,

由于周期的作用,其实平移的长度是(cfrac{piomega}{4})

将函数(y=2sin(omega x-cfrac{pi}{4})(omega >0))的图象向右平移(cfrac{pi}{4})个单位长度后,

由于周期的作用,其实平移的长度也是(cfrac{piomega}{4})

这样的平移效果,相当于视原图像不动,再将其图像一次平移距离为(cfrac{2piomega}{4})

由于平移后两个函数的对称轴重合,故平移距离应该是半周期的整数倍,即(kpi),即(cfrac{2piomega}{4}=kpi)

化简得到(omega=2k(kin Z)),又(omega>0),故(omega_{min}=2)

【2019 (cdot) 张家界模拟】将函数 (f(x)=sqrt{3}sin2x-cos2x) 的图像向左平移 (t(t>0)) 个单位后,得到函数 (g(x)) 的图象,若$ g(x)=g(cfrac{pi}{12}-x)$, 则实数 (t) 的最小值为 【(quad)

$A.cfrac{5pi}{24}$ $B.cfrac{7pi}{24}$ $C.cfrac{5pi}{12}$ $D.cfrac{7pi}{12}$

法1:由题意得,(f(x)=sqrt{3}sin2x-cos2x=2sin(2x-cfrac{pi}{6}))

(g(x)=2sin[2(x+t)-cfrac{pi}{6}]=2sin(2x+2t-cfrac{pi}{6}))

又由题意得, (g(x)=g(cfrac{pi}{12}-x)), 则变换得到下式,

(2sin(2x+2t-cfrac{pi}{6})=2sin[2(cfrac{pi}{12}-x)+2t-cfrac{pi}{6}]=-2sin(2x-2t))

(sin(2x+2t-cfrac{pi}{6})=-sin(2x-2t))

故有(2x+2t-cfrac{pi}{6}=2x-2t+(2k+1)pi)(kin )

(4t=(2k+1)pi+cfrac{pi}{6})(kin )

又由于(t>0),故当(k=0)时,(t_{min}=cfrac{7pi}{24}),故选(B).

对以上的三角方程作以抽象,即可得到三角方程的最简模型:

(sin(2x+ heta))(=)(sin(2x-2 heta+t))从数的角度刻画为(sin(2x+ heta))(=)(sin(2x-2 heta+t)),而从形的角度可以刻画为两个函数的图像完全重合;(quad),可以得到(2x+ heta=2x-2 heta+t+2kpi)(kin )

(sin(2x+ heta))(=)(-sin(2x-2 heta+t))从数的角度刻画为(sin(2x+ heta))(=)(-sin(2x-2 heta+t)),而从形的角度可以刻画为两个函数的图像关于(x)轴对称;或者两个函数图像的对称轴重合;(quad),可以得到(2x+ heta=2x-2 heta+t+(2k+1)pi)(kin )

法2:由题意得,(f(x)=sqrt{3}sin2x-cos2x=2sin(2x-cfrac{pi}{6}))

(g(x)=2sin[2(x+t)-cfrac{pi}{6}]=2sin(2x+2t-cfrac{pi}{6}))

又由题意得, (g(x)=g(cfrac{pi}{12}-x)), 即(x=cfrac{pi}{24})为函数(g(x))的对称轴,

(x=cfrac{pi}{24})能使得函数(g(x))的值取到最值;

(2 imescfrac{pi}{24}+2t-cfrac{pi}{6}=kpi+cfrac{pi}{2})(kin )

整理为(t=cfrac{kt}{2}+cfrac{7pi}{24})(kin )

又由于(t>0),故当(k=0)时,(t_{min}=cfrac{7pi}{24}),故选(B).

等价刻画

为控制难度,便于理解,暂时只涉及正(余)弦型,正切型可以类比分析;

①当周期函数的图像平移前和平移后,图像完全重合,则平移的距离一定是周期(T)的整数倍(k(kin ))

②当周期函数的图像平移的距离是周期(T)的整数倍(k(kin ))时,则其图像必然完全重合,或者所有性质都相同;

③当周期函数的图像平移前和平移后,函数的单调性完全相同,则平移的距离一定是周期(T)的整数倍(k(kin ))

④当周期函数的图像平移前和平移后,图像的对称轴完全重合,则平移的距离一定是半周期(frac{T}{2})的整数倍(k(kin ))

⑤当周期函数的图像平移前和平移后,两个图像关于(x)轴对称,则平移的距离一定是半周期(frac{T}{2})的整数倍(k(kin ))

⑥当周期函数的图像平移前和平移后,函数的单调性完全相反,则平移的距离一定是半周期(frac{T}{2})的整数倍(k(kin ))

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