2022年高三數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 4.4函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象及應(yīng)用教案 理 新人教A版

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1、2022年高三數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 4.4函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象及應(yīng)用教案 理 新人教A版 xx高考會這樣考 1.考查函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象變換;2.結(jié)合三角恒等變換考查y=Asin(ωx+φ)的性質(zhì)和應(yīng)用;3.考查給出圖象的解析式. 復(fù)習(xí)備考要這樣做 1.掌握“五點法”作圖,抓住函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象的特征;2.理解三種圖象變換,從整體思想和數(shù)形結(jié)合思想確定函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的性質(zhì). 1. 用五點法畫y=Asin(ωx+φ)一個周期內(nèi)的簡圖時,要找五個特征點. 如下表所示. x ωx+φ 0 π

2、2π y= Asin(ωx+φ) 0 A 0 -A 0 2. 函數(shù)y=sin x的圖象經(jīng)變換得到y(tǒng)=Asin(ωx+φ)的圖象的步驟如下: 3. 圖象的對稱性 函數(shù)y=Asin(ωx+φ) (A>0,ω>0)的圖象是軸對稱也是中心對稱圖形,具體如下: (1)函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象關(guān)于直線x=xk(其中ωxk+φ=kπ+,k∈Z)成軸對稱圖形. (2)函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象關(guān)于點(xk,0)(其中ωxk+φ=kπ,k∈Z)成中心對稱圖形. [難點正本 疑點清源] 1. 作圖時應(yīng)注意的兩點 (1)作函數(shù)的圖象時,首先要

3、確定函數(shù)的定義域. (2)對于具有周期性的函數(shù),應(yīng)先求出周期,作圖象時只要作出一個周期的圖象,就可根據(jù)周期性作出整個函數(shù)的圖象. 2. 圖象變換的兩種方法的區(qū)別 由y=sin x的圖象,利用圖象變換作函數(shù)y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0) (x∈R)的圖象,要特別注意:當周期變換和相位變換的先后順序不同時,原圖象沿x軸的伸縮量的區(qū)別.先平移變換再周期變換(伸縮變換),平移的量是|φ|個單位,而先周期變換(伸縮變換)再平移變換,平移的量是個單位. 1. 已知簡諧運動f(x)=2sin (|φ|<)的圖象經(jīng)過點(0,1),則該簡諧運動的最小正周期T和初相φ分別為________

4、__. 答案 6, 解析 由題意知1=2sin φ,得sin φ=,又|φ|<, 得φ=;而此函數(shù)的最小正周期為T=2π÷=6. 2. (xx·浙江)把函數(shù)y=cos 2x+1的圖象上所有點的橫坐標伸長到原來的2倍(縱坐標不變),然后向左平移1個單位長度,再向下平移1個單位長度,得到的圖象是 (  ) 答案 A 解析 y=cos 2x+1 y=cos x+1 y=cos(x+1)+1y=cos(x+1). 結(jié)合選項可知應(yīng)選A. 3. (xx·大綱全國)設(shè)函數(shù)f(x)=cos ωx (ω>0),將y=f(x)的圖象向右平移個單位長度后,所得的圖象與原圖象重合,則ω

5、的最小值等于 (  ) A. B.3 C.6 D.9 答案 C 解析 由題意可知,nT= (n∈N*), ∴n·= (n∈N*), ∴ω=6n (n∈N*),∴當n=1時,ω取得最小值6. 4. 把函數(shù)y=sin的圖象向右平移個單位,再把所得函數(shù)圖象上各點的橫坐標縮短為原來的,所得的函數(shù) 解析式為(  ) A.y=sin B.y=sin C.y=sin D.y=sin 答案 D 解析 將原函數(shù)的圖象向右平移個單位,得到函數(shù)y=sin=sin的圖象;再把所得函數(shù)圖象上各點的橫坐標縮短為原來的,得到函數(shù)y=sin

6、的圖象. 5. 已知簡諧運動f(x)=Asin(ωx+φ) (|φ|<)的部分圖象如圖所示,則該簡諧 運動的最小正周期T和初相φ分別為 (  ) A.T=6π,φ= B.T=6π,φ= C.T=6,φ= D.T=6,φ= 答案 C 解析 由圖象易知A=2,T=6,∴ω=, 又圖象過(1,2)點,∴sin=1, ∴φ+=2kπ+,k∈Z,又|φ|<,∴φ=. 題型一 函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象及變換 例1 已知函數(shù)y=2sin, (1)求它的振幅、周期、初相; (2)用“五點法”作出它在一個周期內(nèi)的圖象; (3)說明y=2sin

7、的圖象可由y=sin x的圖象經(jīng)過怎樣的變換而得到. 思維啟迪:(1)由振幅、周期、初相的定義即可解決. (2)五點法作圖,關(guān)鍵是找出與x相對應(yīng)的五個點. (3)只要看清由誰變換得到誰即可. 解 (1)y=2sin的振幅A=2,周期T==π, 初相φ=. (2)令X=2x+,則y=2sin=2sin X. 列表,并描點畫出圖象: x - X 0 π 2π y=sin X 0 1 0 -1 0 y=2sin 0 2 0 -2 0 (3)方法一 把y=sin x的圖象上所有的點向左平移個單位,得到y(tǒng)=sin的圖象,再把

8、y=sin的圖象上的點的橫坐標縮短到原來的倍(縱坐標不變),得到y(tǒng)=sin的圖象,最后把y=sin上所有點的縱坐標伸長到原來的2倍(橫坐標不變),即可得到y(tǒng)=2sin的圖象. 方法二 將y=sin x的圖象上每一點的橫坐標x縮短為原來的倍,縱坐標不變,得到y(tǒng)=sin 2x的圖象;再將y=sin 2x的圖象向左平移個單位,得到y(tǒng)=sin 2=sin的圖象;再將y=sin的圖象上每一點的橫坐標保持不變,縱坐標伸長為原來的2倍,得到y(tǒng)=2sin的圖象. 探究提高 (1)作三角函數(shù)圖象的基本方法就是五點法,此法注意在作出一個周期上的簡圖后,應(yīng)向兩端伸展一下,以示整個定義域上的圖象;(2)變換法作圖

9、象的關(guān)鍵是看x軸上是先平移后伸縮還是先伸縮后平移,對于后者可利用ωx+φ=ω來確定平移單位.  已知函數(shù)f(x)=3sin,x∈R. (1)畫出函數(shù)f(x)在長度為一個周期的閉區(qū)間上的簡圖; (2)將函數(shù)y=sin x的圖象作怎樣的變換可得到f(x)的圖象? 解 (1)列表取值: x π π π π x- 0 π π 2π f(x) 0 3 0 -3 0 描出五個關(guān)鍵點并用光滑曲線連接,得到一個周期的簡圖. (2)先把y=sin x的圖象向右平移個單位,然后把所有的點的橫坐標擴大為原來的2倍,再把所有點的縱坐標擴大為原來的3倍,得到f(x

10、)的圖象. 題型二 求函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的解析式 例2 (1)(xx·江蘇) 已知f(x)=Asin(ωx+φ) (A,ω,φ為常數(shù),A>0,ω>0)的部分圖象如圖所示,則f(0)的值是______. (2)(xx·遼寧)已知函數(shù)f(x)=Atan(ωx+φ)(ω>0,|φ|<),y=f(x)的部分圖象如圖所示,則f()等于 (  )                    A.2+ B. C. D.2- 思維啟迪:(1)由平衡點和相鄰最低點間的相對位置確定周期;根據(jù)待定系數(shù)法求φ. (2)將“ωx+φ”

11、看作一個整體放在一個單調(diào)區(qū)間內(nèi)求解. 答案 (1) (2)B 解析 (1)由題圖知A=,=-=, ∴T=π,ω==2. ∴2×+φ=2kπ+π,k∈Z,∴φ=2kπ+(k∈Z). 令k=0,得φ=. ∴函數(shù)解析式為f(x)=sin, ∴f(0)=sin =. (2)由圖形知,T==2(π-)=,∴ω=2. 由2×π+φ=kπ,k∈Z,得φ=kπ-π,k∈Z. 又∵|φ|<,∴φ=.由Atan(2×0+)=1, 知A=1,∴f(x)=tan(2x+), ∴f()=tan(2×+)=tan=. 探究提高 根據(jù)y=Asin(ωx+φ)+k的圖象求其解析式的問題,主要從以下四

12、個方面來考慮: ①A的確定:根據(jù)圖象的最高點和最低點,即A=; ②k的確定:根據(jù)圖象的最高點和最低點,即k=; ③ω的確定:結(jié)合圖象,先求出周期T,然后由T= (ω>0)來確定ω; ④φ的確定:由函數(shù)y=Asin(ωx+φ)+k最開始與x軸的交點(最靠近原點)的橫坐標為-(即令ωx+φ=0,x=-)確定φ. 已知函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ) (A>0,|φ|<,ω>0)的圖象 的一部分如圖所示,則該函數(shù)的解析式為____________. 答案 f(x)=2sin 解析 觀察圖象可知:A=2且點(0,1)在圖象上, ∴1=2sin(ω·0+φ),即sin φ=.∵|

13、φ|<,∴φ=.又∵π是函數(shù)的一個零點,且是圖象遞增穿過x軸形成的零點,∴ω+=2π,∴ω=2.∴f(x)=2sin. 題型三 三角函數(shù)模型的應(yīng)用 例3 如圖為一個纜車示意圖,該纜車半徑為4.8米,圓上最低點與地 面的距離為0.8米,且每60秒轉(zhuǎn)動一圈,圖中OA與地面垂直,以 OA為始邊,逆時針轉(zhuǎn)動θ角到OB,設(shè)B點與地面間的距離為h. (1)求h與θ間的函數(shù)關(guān)系式; (2)設(shè)從OA開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過t秒到達OB,求h與t之間的函數(shù)關(guān)系式,并求該纜車首次到達最高點時所用的時間. 解 (1)過點O作地面的平行線ON,過點B作ON的垂線BM交ON于 點M(如圖), 當θ>時,∠BOM

14、=θ-, h=OA+BM+0.8 =5.6+4.8sin. 當0≤θ≤時,上式也成立. ∴h與θ間的函數(shù)關(guān)系式為h=5.6+4.8sin. (2)點A在圓上轉(zhuǎn)動的角速度是弧度/秒, ∴t秒轉(zhuǎn)過的弧度數(shù)為t, ∴h=5.6+4.8sin,t∈[0,+∞). 首次到達最高點時,h=10.4米, 即sin=1,t-=, 即t=30秒時,該纜車首次到達最高點. 探究提高 本題屬三角函數(shù)模型的應(yīng)用,通常的解決方法:轉(zhuǎn)化為y=sin x,y=cos x等函數(shù)解決圖象、最值、單調(diào)性等問題,體現(xiàn)了化歸的思想方法;用三角函數(shù)模型解決實際問題主要有兩種:一種是用已知的模型去分析解決實際問題,

15、另一種是需要建立精確的或者數(shù)據(jù)擬合的模型去解決問題,尤其是利用數(shù)據(jù)建立擬合函數(shù)解決實際問題,充分體現(xiàn)了新課標中“數(shù)學(xué)建模”的本質(zhì). 如圖所示,某地夏天從8~14時用電量變化曲線近 似滿足函數(shù)y=Asin(ωx+φ)+b,φ∈(0,π). (1)求這一天的最大用電量及最小用電量; (2)寫出這段曲線的函數(shù)解析式. 解 (1)最大用電量為50萬度,最小用電量為30萬度. (2)觀察圖象,可知從8~14時的圖象是y=Asin(ωx+φ)+b的半個周期的圖象. ∴A=×(50-30)=10,b=×(50+30)=40. ∴=14-8=·,∴ω=, ∴y=10sin+40. 將x=

16、8,y=30代入上式,解得φ=, ∴所求解析式為y=10sin+40,x∈[8,14]. 利用三角函數(shù)的性質(zhì)求解析式 典例:(12分)如圖為y=Asin(ωx+φ)的圖象的一段. (1)求其解析式; (2)若將y=Asin(ωx+φ)的圖象向左平移個單位長度后得y=f(x),求f(x)的對稱軸方程. 審題視角 (1)圖象是y=Asin(ωx+φ)的圖象.(2)根據(jù)“五點法”作圖的原則,M可以看作第一個零點;可以看作第二個零點. 規(guī)范解答 解 (1)由圖象知A=, 以M為第一個零點,N為第二個零點.[2分] 列方程組 解之得[4分] ∴所求解析式為y=sin.[

17、6分] (2)f(x)=sin =sin,[8分] 令2x-=+kπ(k∈Z),則x=π+ (k∈Z),[10分] ∴f(x)的對稱軸方程為x=π+ (k∈Z).[12分] 答題模板 第一步:根據(jù)圖象確定第一個平衡點、第二個平衡點或最高點、最低點. 第二步:將“ωx+φ”作為一個整體,找到對應(yīng)的值. 第三步:列方程組求解. 第四步:寫出所求的函數(shù)解析式. 第五步:反思回顧,查看關(guān)鍵點、易錯點及答題規(guī)范. 溫馨提醒 (1)求函數(shù)解析式要找準圖象中的“五點”,利用方程求解ω,φ;(2)討論性質(zhì)時將ωx+φ視為一個整體. 方法與技巧 1. 五點法作函數(shù)圖象及函數(shù)圖象變換

18、問題 (1)當明確了函數(shù)圖象基本特征后,“描點法”是作函數(shù)圖象的快捷方式.運用“五點法”作正、余弦型函數(shù)圖象時,應(yīng)取好五個特殊點,并注意曲線的凹凸方向. (2)在進行三角函數(shù)圖象變換時,提倡“先平移,后伸縮”,但“先伸縮,后平移”也經(jīng)常出現(xiàn)在題目中,所以也必須熟練掌握,無論是哪種變形,切記每一個變換總是對字母x而言,即圖象變換要看“變量”起多大變化,而不是“角”變化多少. 2. 由圖象確定函數(shù)解析式 由函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象確定A、ω、φ的題型,常常以“五點法”中的第一個零點作為突破口,要從圖象的升降情況找準第一個零點的位置.要善于抓住特殊量和特殊點. 3. 對稱問題

19、函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象與x軸的每一個交點均為其對稱中心,經(jīng)過該圖象上坐標為(x,±A)的點與x軸垂直的每一條直線均為其圖象的對稱軸,這樣的最近兩點間橫坐標的差的絕對值是半個周期(或兩個相鄰平衡點間的距離). 失誤與防范 1. 由函數(shù)y=sin x(x∈R)的圖象經(jīng)過變換得到函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象,在具體問題中,可先平移變換后伸縮變換,也可以先伸縮變換后平移變換,但要注意:先伸縮,后平移時要把x前面的系數(shù)提取出來. 2. 函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象和性質(zhì)是本節(jié)考查的重點,也是高考熱點,復(fù)習(xí)時盡可能使用數(shù)形結(jié)合的思想方法,如求解對稱軸、對稱中心和單調(diào)區(qū)間等.

20、 3. 注意復(fù)合形式的三角函數(shù)的單調(diào)區(qū)間的求法.函數(shù)y=Asin(ωx+φ)(A>0,ω>0)的單調(diào)區(qū)間的確定,基本思想是把ωx+φ看做一個整體.在單調(diào)性應(yīng)用方面,比較大小是一類常見的題目,依據(jù)是同一區(qū)間內(nèi)函數(shù)的單調(diào)性. A組 專項基礎(chǔ)訓(xùn)練 (時間:35分鐘,滿分:57分) 一、選擇題(每小題5分,共20分) 1. 將函數(shù)y=sin x的圖象向左平移φ (0≤φ<2π)個單位后,得到函數(shù)y=sin的圖象,則φ等于 (  ) A. B. C. D. 答案 D 解析 將函數(shù)y=sin x向左平移φ(0≤φ<2π)

21、個單位得到函數(shù)y=sin(x+φ).只有φ=π時有y=sin=sin. 2. (xx·課標全國)已知ω>0,函數(shù)f(x)=sin在上單調(diào)遞減,則ω的取值范圍是 (  ) A. B. C. D.(0,2] 答案 A 解析 取ω=,f(x)=sin, 其減區(qū)間為,k∈Z, 顯然?,k∈Z, 排除B,C. 取ω=2,f(x)=sin, 其減區(qū)間為,k∈Z, 顯然?,k∈Z,排除D. 3. 將函數(shù)y=sin(x+φ)的圖象F向左平移個單位長度后得到圖象F′,若F′的一個對稱中心為,則φ的一個可能取值是

22、 (  ) A. B. C. D. 答案 D 解析 圖象F′對應(yīng)的函數(shù)y′=sin, 則++φ=kπ,k∈Z,即φ=kπ-,k∈Z, 令k=1時,φ=,故選D. 4. 若函數(shù)f(x)=2sin(ωx+φ),x∈R(其中ω>0,|φ|<)的最小正周期是π,且f(0)=,則(  ) A.ω=,φ= B.ω=,φ= C.ω=2,φ= D.ω=2,φ= 答案 D 解析 ∵T=π,∴ω=2. 又2sin φ=,|φ|<,∴φ=. 二、填空題(每小題5分,共15分) 5. 函數(shù)y=Asin(ωx+φ) (A,ω,φ為常數(shù)

23、,A>0,ω>0)在閉區(qū)間[-π,0]上的圖象如圖所示,則ω=________. 答案 3 解析 由圖象可以看出T=π,∴T=π=,因此ω=3. 6. 已知f(x)=sin (ω>0),f=f,且f(x)在區(qū)間上有最小值,無最大值,則ω=________. 答案  解析 依題意,x==時,y有最小值, ∴sin=-1,∴ω+=2kπ+ (k∈Z). ∴ω=8k+ (k∈Z),因為f(x)在區(qū)間上有最小值,無最大值,所以-<,即ω<12,令k=0, 得ω=. 7. 設(shè)函數(shù)f(x)=sin x-cos x,若0≤x≤2 011π,則函數(shù)f(x)的各極值之和為________.

24、 答案  解析 f′(x)=cos x+sin x=sin,令f′(x)=0,得x=-+kπ (k∈Z),∵f(x)=sin, ∴f=sin =sin=-·cos kπ, 當k為奇數(shù)時,函數(shù)取得極大值; 當k為偶數(shù)時,函數(shù)取得極小值-, ∵0≤x≤2 011π,∴≤k≤, ∴此函數(shù)在此區(qū)間上各極值的和為. 三、解答題(共22分) 8. (10分)(xx·陜西)函數(shù)f(x)=Asin+1(A>0,ω>0)的最大值為3,其圖象相鄰兩條對稱軸之間的距離為. (1)求函數(shù)f(x)的解析式; (2)設(shè)α∈,f=2,求α的值. 解 (1)∵函數(shù)f(x)的最大值為3, ∴A+1=

25、3,即A=2. ∵函數(shù)圖象的相鄰兩條對稱軸之間的距離為, ∴最小正周期T=π,∴ω=2, ∴函數(shù)f(x)的解析式為y=2sin+1. (2)∵f=2sin+1=2, ∴sin=. ∵0<α<,∴-<α-<, ∴α-=,∴α=. 9. (12分)已知函數(shù)f(x)=2sincos-sin(x+π). (1)求f(x)的最小正周期; (2)若將f(x)的圖象向右平移個單位,得到函數(shù)g(x)的圖象,求函數(shù)g(x)在區(qū)間[0,π]上的最大值和最小值. 解 (1)因為f(x)=sin+sin x =cos x+sin x=2 =2sin, 所以f(x)的最小正周期為2π. (

26、2)∵將f(x)的圖象向右平移個單位,得到函數(shù)g(x)的圖象, ∴g(x)=f=2sin[+] =2sin. ∵x∈[0,π],∴x+∈, ∴當x+=,即x=時,sin=1,g(x)取得最大值2. 當x+=,即x=π時,sin=-,g(x)取得最小值-1. B組 專項能力提升 (時間:25分鐘,滿分:43分) 一、選擇題(每小題5分,共15分) 1. 函數(shù)y=sin 2x的圖象向右平移φ (φ>0)個單位,得到的圖象恰好關(guān)于x=對稱,則φ的最小值為 (  ) A.π B.π C.π D.以上都不對 答案 A

27、 解析 y=sin 2x的圖象向右平移φ個單位得到y(tǒng)=sin 2(x-φ)的圖象,又關(guān)于x=對稱,則2=kπ+ (k∈Z),2φ=-kπ- (k∈Z),取k=-1,得φ=π. 2. 設(shè)ω>0,函數(shù)y=sin(ωx+)+2的圖象向右平移個單位后與原圖象重合,則ω的最小值是 (  ) A. B. C. D.3 答案 C 解析 由函數(shù)向右平移個單位后與原圖象重合, 得是此函數(shù)周期的整數(shù)倍.又ω>0, ∴·k=,∴ω=k(k∈Z),∴ωmin=. 3. 電流強度I(安)隨時間t(秒)變化的函數(shù)I=Asin(ωt+φ)(A>0,ω

28、>0,0<φ<) 的圖象如右圖所示,則當t=秒時,電流強度是 (  ) A.-5安 B.5安 C.5安 D.10安 答案 A 解析 由圖象知A=10,=-=, ∴ω==100π.∴I=10sin(100πt+φ). 為五點中的第二個點,∴100π×+φ=. ∴φ=.∴I=10sin, 當t=秒時,I=-5安. 二、填空題(每小題5分,共15分) 4. 若f(x)=2sin(ωx+φ)+m對任意實數(shù)t都有f=f,且f=-3,則實數(shù)m的值等于________. 答案?。?或-5 解析 依題意得,函數(shù)f(x)的圖象關(guān)于直線x=對稱,于是當x=時,函數(shù)f

29、(x)取得最值,因此有±2+m=-3,解得m=-5或m=-1. 5. 已知函數(shù)f(x)=sin(ωx+φ) (ω>0,-≤φ≤)的圖象上的兩個相鄰的最高點和最低點的距離為2,且過點,則函數(shù)解析式f(x)=_______________. 答案 sin 解析 據(jù)已知兩個相鄰最高及最低點距離為2,可得=2,解得T=4,故ω==,即f(x)=sin,又函數(shù)圖象過點,故f(2)=sin(π+φ)=-sin φ=-,又-≤φ≤,解得φ=,故f(x)=sin. 6. 某城市一年中12個月的平均氣溫與月份的關(guān)系可近似地用三角函數(shù)y=a+Acos (x=1,2,3,…,12,A>0)來表示,已知6月份

30、的月平均氣溫最高,為28℃,12月份的月平均氣溫最低,為18℃,則10月份的平均氣溫值為________℃. 答案 20.5 解析 由題意得 ∴ ∴y=23+5cos, x=10時,y=23+5×=20.5. 三、解答題 7. (13分)(xx·湖南)已知函數(shù)f(x)=Asin(ωx+φ)(x∈R,ω>0,0<φ<) 的部分圖象如圖所示. (1)求函數(shù)f(x)的解析式; (2)求函數(shù)g(x)=f-f的單調(diào)遞增區(qū)間. 解 (1)由題設(shè)圖象知,周期T=2=π, 所以ω==2.因為點在函數(shù)圖象上, 所以Asin=0,即sin=0. 又因為0<φ<,所以<+φ<. 從而+φ=π,即φ=. 又點(0,1)在函數(shù)圖象上,所以Asin =1,解得A=2. 故函數(shù)f(x)的解析式為f(x)=2sin. (2)g(x)=2sin-2sin =2sin 2x-2sin =2sin 2x-2 =sin 2x-cos 2x=2sin. 由2kπ-≤2x-≤2kπ+, 得kπ-≤x≤kπ+,k∈Z. 所以函數(shù)g(x)的單調(diào)遞增區(qū)間是,k∈Z.

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