培优点1 三角函数特征量ω,φ的求解
三角函数中求ω、φ的值(范围)问题,是高考的难点和热点,主要结合函数的单调性、对称性、极值与最值、零点等进行考查,需要学生能够熟练应用三角函数的基本性质和图象.
由三角函数的最值(值域)求ω、φ的值(范围)
【例1】 将函数f(x)=2cos2-cos(x+)图象上所有点的横坐标变为原来的,再向左平移φ(φ>0)个单位长度,得到函数g(x)的图象.若对任意的x∈R,均有g(x)≤g()成立,则φ的最小值为 .
解析:f(x)=2cos2-cos(x+)=1+cos x-cos(x+)=sin x+cos x+1=sin(x+)+1.由题意可知,g(x)=sin(2x+2φ+)+1,若对任意的x∈R,g(x)≤g()成立,则2×+2φ+=2kπ+(k∈Z),即φ=kπ+(k∈Z).又φ>0,所以当k=0时,φ最小,最小值为.
感悟提升
由三角函数的最值(值域)求ω、φ的值(范围),主要是整体代换ωx±φ,利用正、余弦函数的图象求解,要注意自变量的范围.
若函数f(x)=sin(ωx-)(ω>0)在[0,]上的值域是[-,1],则ω的取值范围是( )
A.(0,] B.[,3]
C.[3,] D.[,]
解析:B 因为ω>0,所以当x∈[0,]时,ωx-∈[-,-],因为函数f(x)=sin(ωx-)(ω>0)在[0,]上的值域是[-,1],所以≤-≤,解得≤ω≤3.
由三角函数图象的对称中心、对称轴间的距离求ω、φ的值(范围)
【例2】 已知函数f(x)=2cos(ωx-)+1(ω>0)的图象在区间(0,2π)内至多存在3条对称轴,则ω的取值范围是( )
A.(0,] B.(,]
C.[,) D.[,+∞)
解析:A 因为x∈(0,2π),ω>0,所以ωx-∈(-,2ωπ-),设z=ωx-,画出y=2cos z+1的大致图象如图.要使f(x)的图象在区间(0,2π)内至多存在3条对称轴,则2ωπ-∈(-,3π].解得ω∈(0,].
感悟提升
利用最小正周期T,根据三角函数图象的两对称中心的距离、对称中心到对称轴的距离、两对称轴间的距离的关系,可建立关于T,ω,φ的方程使问题获解.
已知ω>0,函数f(x)=cos的一条对称轴为直线x=,一个对称中心为点,则ω有( )
A.最小值2 B.最大值2
C.最小值1 D.最大值1
解析:A 注意正、余弦型函数的对称中心与对称轴的最短距离为,依题意,可得-≥.将T=代入上式,得ω≥2,故选A.
由三角函数的单调性求ω、φ的值(范围)
【例3】 已知函数f(x)=cos(ωx+)(ω<0)在(,π)上单调递减,则实数ω的取值范围是( )
A.[-,-] B.[-,0)
C.[-,-] D.[-,-]
解析:A 因为函数f(x)=cos(ωx+)(ω<0)的最小正周期T=,所以π-≤×,即-2≤ω<0.当x∈(,π)时,ωπ+≤ωx+≤+,依题意知-π+2kπ≤ωπ+<ω+≤2kπ,k∈Z,解得-+2k≤ω≤-+4k,k∈Z.又-2≤ω<0,所以当k=0时成立,ω∈[-,-].
感悟提升
由函数y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的一个单调区间[m,n](区间也可以是开区间或半开半闭区间)求解ω的取值范围,可将区间端点值代入后,去对应[-+2kπ,+2kπ](k∈Z)或[+2kπ,+2kπ](k∈Z)列出不等式求解.另外,因为函数f(x)=Asin(ωx+φ)在一个周期内的单调递减(增)区间的区间长度恰好是,所以具有单调性的区间长度必不超过,根据这个性质有时也可求出ω的范围.
已知函数f(x)=sin ωx+cos ωx,g(x)=cos ωx-sin ωx,ω>0,在区间(0,)上,若f(x)单调递增,g(x)单调递减,则ω的取值范围是( )
A.(0,] B.(0,1]
C.(0,] D.[,]
解析:A 由题意得f(x)=sin(ωx+),g(x)=cos(ωx+).令t=ωx+,由x∈(0,),得t∈(,π+).因为在区间(0,)上,f(x)单调递增,g(x)单调递减,所以得ω≤,所以0<ω≤.故选A.
由三角函数的零点求ω、φ的值(范围)
【例4】 设函数f(x)=sin在区间(0,π)恰有三个极值点、两个零点,则ω的取值范围是( )
A.[,) B.
C. D.
解析:C 由x∈(0,π),得ωx+∈.根据函数f(x)在区间(0,π)恰有三个极值点,知<πω+≤,得<ω≤.根据函数f(x)在区间(0,π)恰有两个零点,知2π<πω+≤3π,得<ω≤.综上,ω的取值范围为(,].
感悟提升
利用三角函数的零点与对称轴或周期的关系,可以列出关于ω的不等式,进而求出ω的值或取值范围.
(多选)已知函数f(x)=sin(ωx-)(ω>0),若f(x)在区间(,π]内没有零点,则ω的值可以是( )
A. B.
C. D.
解析:AB 由f(x)在区间(,π]内没有零点,得π-<=,得ω<,同时需满足k∈Z,解得3k+≤ω<k+,k∈Z,显然当k=0和k=-1时符合条件,且ω>0,所以ω的取值范围为(0,)∪[,).故选A、B.
1.已知函数f(x)=sin(2x+φ)(0<φ<π)的图象关于直线x=对称,则φ=( )
A. B.
C. D.
解析:B 依题意得2×+φ=kπ+,k∈Z,得φ=kπ+,k∈Z,又0<φ<π,所以φ=,故选B.
2.(2024·贵阳适应性考试)若将函数y=tan(ωx+)(ω>0)的图象向右平移个单位长度后,与函数y=tan(ωx+)的图象重合,则ω的最小值为( )
A. B.
C. D.
解析:D y=tan(ωx+)y=tan(ωx-+)=tan(ωx+),∴-=+kπ(k∈Z),又∵ω>0,∴ωmin=.
3.已知函数f(x)=sin(ωx+)(ω∈N)在(0,)上恰有一个最大值和一个最小值,则ω的值为( )
A.3 B.2或3 C.2或4 D.3或4
解析:D 由x∈(0,),得ωx+∈(,+),画出函数y=sin x的大致图象,如图,
由图可知,<+≤,解得<ω≤.因为ω∈N,所以ω=3或ω=4.
4.已知函数f(x)=sin( ωx-)(1<ω<2),若存在x1,x2∈R,当|x1-x2|=2π时,f(x1)=f(x2)=0,则函数f(x)的最小正周期为( )
A. B. C.2π D.4π
解析:B 因为存在x1,x2∈R,当|x1-x2|=2π时,f(x1)=f(x2)=0,所以k·=k·=2π,k∈Z,即ω=,k∈Z,又因为1<ω<2,则k=3,所以ω=,所以函数f(x)的最小正周期为T==,故选B.
5.已知f(x)=sin(ωx+)(ω>0),且函数y=f(x)恰有两个极大值点在[0,]上,则ω的取值范围是( )
A.(7,13] B.[7,13)
C.(7,10] D.[7,10)
解析:B 因为0≤x≤,ω>0,所以≤ωx+≤+.又因为f(x)在[0,]上恰有2个极大值点,所以由正弦函数图象可知,≤+<,解得7≤ω<13.
6.已知f(x)=sin(2x-φ)( 0<φ<)在[0,]上单调递增,且f(x)在( 0,)上有最小值,那么φ的取值范围是( )
A.[,) B.[,)
C.[,) D.[,)
解析:B 由x∈[0,],可得2x-φ∈[-φ,-φ],又由0<φ<,且f(x)在[0,]上单调递增,可得-φ≤,所以≤φ<.当x∈( 0,)时,2x-φ∈( -φ,-φ),由f(x)在( 0,)上有最小值,可得-φ>,则φ<.综上,≤φ<.
7.(多选)已知函数f(x)=cos(ωx+)(ω>0)在区间(0,2π)上恰有4个零点,则下列说法正确的是( )
A.f(x)在区间(0,2π)上有且仅有1个极大值点
B.f(x)在区间(0,2π)上有且仅有2个极小值点
C.ω的取值范围是(,]
D.f(x)在区间(0,)上单调递减
解析:BCD 因为0<x<2π,所以<ωx+<2πω+,令ωx+=t,则y=cos t,作出y=cos t的大致图象如图.若f(x)在区间(0,2π)上恰有4个零点,则<2πω+≤,解得<ω≤,故C正确;由图象可知,f(x)在区间(0,2π)上有1或2个极大值点,故A错误;f(x)在区间(0,2π)上有且仅有2个极小值点,故B正确;当0<x<时,<ωx+<+≤×+=<π,所以f(x)在区间(0,)上单调递减,故D正确.故选B、C、D.
8.在函数f(x)=sin(2x-φ)(φ>0)的图象与x轴的所有交点中,点(,0)离原点最近,则φ的值可以为(答案不唯一,满足0<φ≤均可).(写出一个即可)
解析:令f(x)=0得,sin(2x-φ)=0,所以2x-φ=kπ(k∈Z),解得x=+(k∈Z),因为点(,0)离原点最近,且φ>0,所以≤|-|,所以0<φ≤.所以可取φ=.
9.已知函数f(x)=sin(ωx+φ)( ω>0,|φ|<)的图象与直线y=1的相邻两个交点的距离为π,若对任意的x∈( ,),不等式f(x)>恒成立,则φ的取值范围为[,].
解析:由于函数y=f(x)的图象与直线y=1相邻两个交点的距离为π,知函数y=f(x)的最小正周期为T=π,所以ω==2,所以f(x)=sin(2x+φ).当x∈( ,)时,+φ<2x+φ<+φ,因为-<φ<,所以-<2x+φ<.由于不等式f(x)>对任意的x∈( ,)恒成立,所以解得≤φ≤.因此φ的取值范围是[,].
10.已知函数f(x)=sin ωx-cos ωx(ω>0),若集合{x∈(0,π)|f(x)=-1}含有4个元素,则实数ω的取值范围是(,].
解析:函数f(x)=sin ωx-cos ωx=2sin(ωx-),令2sin(ωx-)=-1,解得ωx-=-+2kπ或ωx-=+2kπ(k∈Z),所以x=+或x=+(k∈Z),设直线y=-1与y=f(x)在(0,+∞)上从左到右的第四个交点为A,第五个交点为B,则xA=+,xB=+.由于方程f(x)=-1在(0,π)上有且只有四个实数根,则xA<π≤xB,即+<π≤+,解得<ω≤.
5 / 5培优点1 三角函数特征量ω,φ的求解
三角函数中求ω、φ的值(范围)问题,是高考的难点和热点,主要结合函数的单调性、对称性、极值与最值、零点等进行考查,需要学生能够熟练应用三角函数的基本性质和图象.
由三角函数的最值(值域)求ω、φ的值(范围)
【例1】 将函数f(x)=2cos2-cos(x+)图象上所有点的横坐标变为原来的,再向左平移φ(φ>0)个单位长度,得到函数g(x)的图象.若对任意的x∈R,均有g(x)≤g()成立,则φ的最小值为 .
听课记录
感悟提升
由三角函数的最值(值域)求ω、φ的值(范围),主要是整体代换ωx±φ,利用正、余弦函数的图象求解,要注意自变量的范围.
若函数f(x)=sin(ωx-)(ω>0)在[0,]上的值域是[-,1],则ω的取值范围是( )
A.(0,] B.[,3]
C.[3,] D.[,]
由三角函数图象的对称中心、对称轴间的距离求ω、φ的值(范围)
【例2】 已知函数f(x)=2cos(ωx-)+1(ω>0)的图象在区间(0,2π)内至多存在3条对称轴,则ω的取值范围是( )
A.(0,] B.(,]
C.[,) D.[,+∞)
听课记录
感悟提升
利用最小正周期T,根据三角函数图象的两对称中心的距离、对称中心到对称轴的距离、两对称轴间的距离的关系,可建立关于T,ω,φ的方程使问题获解.
已知ω>0,函数f(x)=cos的一条对称轴为直线x=,一个对称中心为点,则ω有( )
A.最小值2 B.最大值2 C.最小值1 D.最大值1
由三角函数的单调性求ω、φ的值(范围)
【例3】 已知函数f(x)=cos(ωx+)(ω<0)在(,π)上单调递减,则实数ω的取值范围是( )
A.[-,-] B.[-,0)
C.[-,-] D.[-,-]
听课记录
感悟提升
由函数y=Asin(ωx+φ)+b(A>0,ω>0)的一个单调区间[m,n](区间也可以是开区间或半开半闭区间)求解ω的取值范围,可将区间端点值代入后,去对应[-+2kπ,+2kπ](k∈Z)或[+2kπ,+2kπ](k∈Z)列出不等式求解.另外,因为函数f(x)=Asin(ωx+φ)在一个周期内的单调递减(增)区间的区间长度恰好是,所以具有单调性的区间长度必不超过,根据这个性质有时也可求出ω的范围.
已知函数f(x)=sin ωx+cos ωx,g(x)=cos ωx-sin ωx,ω>0,在区间(0,)上,若f(x)单调递增,g(x)单调递减,则ω的取值范围是( )
A.(0,] B.(0,1]
C.(0,] D.[,]
由三角函数的零点求ω、φ的值(范围)
【例4】 设函数f(x)=sin在区间(0,π)恰有三个极值点、两个零点,则ω的取值范围是( )
A.[,) B.
C. D.
听课记录
感悟提升
利用三角函数的零点与对称轴或周期的关系,可以列出关于ω的不等式,进而求出ω的值或取值范围.
(多选)已知函数f(x)=sin(ωx-)(ω>0),若f(x)在区间(,π]内没有零点,则ω的值可以是( )
A. B.
C. D.
2 / 2专题二 三角函数与解三角形
第1讲 小题研透——三角函数的图象与性质
【锁定高考·明方向】
真题感悟
1.D 由函数f(x)在区间(,)上单调递增,且直线x=和x=是函数f(x)的图象的两条相邻对称轴,得=2(-),解得ω=2,则f()=sin(+φ)=-1,所以φ=-+2kπ-=-+2kπ,k∈Z,所以f(x)=sin(2x-+2kπ),k∈Z,则f(-)=sin(-+2kπ)=sin(-)=.故选D.
2.BC A选项,令f(x)=sin 2x=0,解得x=,k∈Z,即为f(x)零点,令g(x)=sin(2x-)=0,解得x=+,k∈Z,即为g(x)零点,显然f(x),g(x)零点不同,A选项错误;B选项,显然f(x)max=g(x)max=1,B选项正确;C选项,根据周期公式,f(x),g(x)的周期均为=π,C选项正确;D选项,根据正弦函数的性质f(x)的对称轴满足2x=kπ+ x=+,k∈Z,g(x)的对称轴满足2x-=kπ+ x=+,k∈Z,显然f(x),g(x)图象的对称轴不同,D选项错误.故选B、C.
3.- 解析:由题图设点A(x1,),B(x2,),则|AB|=x2-x1=.由题图可知其中k∈Z,则ω(x2-x1)=,解得ω=4.因为函数f(x)的图象过点(,0),所以4×+φ=2kπ,k∈Z,则φ=2kπ-,k∈Z,所以f(x)=sin(4x+2kπ-)=sin(4x-+2kπ)=sin(4x-),k∈Z.故f(π)=sin(4π-)=sin=-.
【研透高考·攻重点】
【例1】 (1)B (2)A
解析:(1)法一 根据诱导公式有sin 310°=cos(90°-310°)=cos(-220°),cos 310°=sin(90°-310°)=sin(-220°),所以α=-220°+k·360°,k∈Z,又因为0°<α<360°,所以α=-220°+360°=140°,故选B.
法二(排除法) 因为sin 310°<0,cos 310°>0,所以点A在第二象限,排除C、D;又因为cos 130°=-sin 40°,sin 310°=-sin 50°,排除A.故选B.
(2)由cos α=tan α=,得cos2α=sin α.又cos2α+sin2α=1,所以+cos4α=+sin2α=+sin2α=1+sin α+sin2α=1+cos2α+sin2α=2.
跟踪训练
C 因为0<α<,所以-<α-<,又sin(α-)=,所以cos(α-)==,sin(-α)=sin(+-α)=cos(-α)=cos(α-)=.故选C.
【例2】 (1)C (2)ABD 解析:(1)因为函数y=sin x的最小正周期为T=2π,函数y=2sin(3x-)的最小正周期为T=,所以在x∈[0,2π]上函数y=2sin(3x-)的图象恰有三个周期,在坐标系中结合五点法画出两函数图象,如图所示,由图可知,两函数图象有6个交点.故选C.
(2)对于A,由题图可得,A=2,最小正周期T=2×(π-π)=π,所以ω==2,所以f(x)=2sin(2x+φ).由“五点作图法”知点(-,0)为第一个点,所以-×2+φ=0,所以φ=.所以f(x)=2sin(2x+)=2cos(2x-),故A正确;对于B,由f(x)=2sin(2x+)>1可得sin(2x+)>,所以2kπ+<2x+<2kπ+(k∈Z),解得x∈(kπ,kπ+)(k∈Z),故B正确;对于C,将函数f(x)的图象向右平移个单位长度,得y=2sin[2(x-)+]=2sin 2x的图象.由2x=kπ+(k∈Z),得x=+(k∈Z),而方程+=(k∈Z)无解,所以直线x=不是该函数图象的对称轴,故C错误;对于D,因为f(-x)=2sin(-2x+)=-2cos 2x=g(x),所以函数f(x)与g(x)=-2cos 2x的图象关于直线x=对称,故D正确.综上所述,选A、B、D.
跟踪训练
1.C 将函数f(x)的图象向右平移个单位长度,可得y=f(x-)=sin[ω(x-)+φ]=sin(ωx-ω+φ)的图象,再将横坐标伸长到原来的2倍,纵坐标不变,得到y=sin(x-ω+φ)的图象,由于得到的函数的图象与y=cos x图象重合,故ω=2,-ω+φ=+2kπ(k∈Z),所以φ=+2kπ(k∈Z),又0<φ<π,所以φ=,故选C.
2.A 由题图可知,A=B=2,∵f(0)=2sin φ+2=3,∴sin φ=.∵0<φ<π,且点(0,3)的横坐标x=0在f(x)的一个递减区间内,∴φ=.根据五点作图法可知,×ω+=π,解得ω=2,∴f(x)=2sin(2x+)+2,f(φ)=2sin(2×+)+2=2sin+2=4,故选A.
【例3】 (1)AC (2) 解析:(1)f(x)=sin(2x+)+cos(2x+)=sin(2x+π)=-sin 2x.对于A,f(x-)=-sin 2(x-)=-sin(2x-)=cos 2x,故函数f(x-)为偶函数,选项A正确;对于B,令2x=+kπ,k∈Z,解得x=+,k∈Z,故曲线y=f(x)的对称轴为直线x=+,k∈Z,选项B错误;对于C,令t=2x,则当x∈(,)时,t=2x∈(,π),因为y=sin t在(,π)上单调递减,所以y=-sin t在(,π)上单调递增,即f(x)在(,)上单调递增,故选项C正确;对于D,函数f(x)=-sin 2x的最小值为-,故选项D错误.综上所述,选A、C.
(2)因为函数f(x)=2sin(3x+φ)图象的对称轴为x=,所以3×+φ=kπ+(k∈Z),所以φ=kπ-(k∈Z),因为-π<φ<0,所以k=0,φ=-,所以函数f(x)=2sin(3x-),当x∈[0,t]时,3x-∈[-,3t-],因为函数f(x)的最小值为-,所以-<3t-≤,解得0<t≤,所以t的最大值为.
跟踪训练
1.A 由f(x)的最小正周期为π,可得π=,所以ω=,所以f(x)=sin(2x+π)=-sin 2x.当x∈[-,]时,2x∈[-,],sin 2x∈[-,],-sin 2x∈[-,],所以f(x)min=-,故选A.
2.[kπ-,kπ+](k∈Z)
解析:f(x)=asin ax+acos ax+b=asin(ax+)+b.因为a>0,且函数f(x)的值域为[-1,3],则解得所以f(x)=2sin(2x+)+1,由2kπ-≤2x+≤2kπ+(k∈Z),得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),因此,函数f(x)的单调递增区间为[kπ-,kπ+](k∈Z).
第2讲 小题研透——三角恒等变换与解三角形
【锁定高考·明方向】
真题感悟
1.A 因为cos(α+β)=m,所以cos αcos β-sin αsin β=m,而tan αtan β=2,即=2,所以sin αsin β=2cos αcos β,故cos αcos β-2cos αcos β=m,即cos αcos β=-m,从而cos(α-β)=cos αcos β+sin αsin β=3cos αcos β=-3m.故选A.
2.C 由正弦定理得sin Asin C=sin2B,因为B=60°,所以sin Asin C=sin2B=.由余弦定理得b2=a2+c2-2ac·cos B=a2+c2-ac=ac,所以a2+c2=ac,所以sin2A+sin2C=sin Asin C,所以(sin A+sin C)2=sin2A+sin2C+2sin Asin C=sin A·sin C=,又sin A>0,sin C>0,所以sin A+sin C=.
3.- 解析:法一 由题意得tan(α+β)===-2,因为α∈(2kπ,2kπ+),β∈(2mπ+π,2mπ+),k,m∈Z,则α+β∈((2m+2k)π+π,(2m+2k)π+2π),k,m∈Z,又因为tan(α+β)=-2<0,则α+β∈((2m+2k)π+,(2m+2k)π+2π),k,m∈Z,则sin(α+β)<0,又=-2,联立sin2(α+β)+cos2(α+β)=1,解得sin(α+β)=-.
法二 由法一得tan(α+β)<0,sin(α+β)<0,故α+β为第四象限角.不妨在角α+β的终边上选取一点P(1,-2),则r=|OP|==3,所以sin(α+β)=-.
法三 易得tan(α+β)===-2.又tan α+tan β=+==4,所以sin(α+β)=4cos αcos β.由α为第一象限角,β为第三象限角,得cos α>0,cos β<0,所以sin(α+β)=4cos αcos β<0.由tan(α+β)=-2,结合sin2(α+β)+cos2(α+β)=1,得sin(α+β)=-.
4.A 因为FG∥AB,所以=,所以GC=·CA.因为DE∥AB,所以=,所以EH=·AH.又DE=FG,所以GC-EH=(CA-AH)=×HC=×(HG+GC)=×(EG-EH+GC).由题设中信息可得,表目距的差为GC-EH,表高为DE,表距为EG,则上式可化为,表目距的差=×(表距+表目距的差),所以AB=×(表距+表目距的差)=+表高,故选A.
【研透高考·攻重点】
【例1】 (1)A (2)B 解析:(1)因为θ∈(,π),所以tan θ∈(-1,0).由tan 2θ=-4tan(θ+)得=-4×,化简整理得2tan2θ+5tan θ+2=0,解得tan θ=-2(舍去)或tan θ=-,所以====.故选A.
(2)由sin(-θ)+cos(-θ)=1,得cos θ+coscos θ+sinsin θ=1,即cos θ+sin θ=1,结合辅助角公式得×(cos θ+sin θ)=1.
即coscos θ+sinsin θ=,即cos(-θ)=,又cos(2θ-)=cos[2(θ-)]=2cos2(θ-)-1,cos(θ-)=cos(-θ)=,所以cos(2θ-)=2×()2-1=-.故选B.
跟踪训练
1.B 由cos α(1+tan 10°)=1可得cos α×=1,所以cos α×=1,所以cos α====cos 40°,又α为锐角,所以α=40°,选B.
2.A a=(sin 14°+cos 14°)=sin(14°+45°)=sin 59°,b===sin 61°,c==
==sin 60°,由正弦函数y=sin x在(0°,90°)上单调递增知a<c<b,故选A.
【例2】 (1)A (2)-1 解析:(1)由acos C+asin C=b,得sin Acos C+sin Asin C=sin B=sin(A+C)=sin Acos C+cos Asin C,即sin Asin C=cos Asin C,又知sin C≠0,所以sin A=cos A,即tan A=,又A∈(0,π),所以A=,故选A.
(2)因为△ABC的面积为2,A=60°,所以bcsin A=2,解得bc=8.又b+c=6,由余弦定理可得a2=b2+c2-2bccos A=(b+c)2-3bc=12,所以a=2,所以△ABC的周长为a+b+c=2+6.设△ABC内切圆的半径为r,则S△ABC=(a+b+c)r=×(2+6)r=2,解得r=-1.
跟踪训练
1.D 由asin B=2csin A及正弦定理,得ab=2ca,∴b=2c.又a2+bc=b2+c2,∴a2+2c2=4c2+c2,即a2=3c2,∴a=c.∴cos B===0.又B∈(0,π),∴B=.
2.D ∵△ABC是钝角三角形,a=1,b=2,且c是最大边,∴由余弦定理得cos C=<0,即5-c2<0,解得c>.又c<a+b=3,∴边c的取值范围是(,3).故选D.
【例3】 100 解析:由题意,∠DCB=30°,∠CDB=60°,所以∠CBD=90°,则在Rt△CBD中,BD=CD=300,BC=CD=300.因为∠DCA=75°,∠CDA=45°,所以∠CAD=60°.
法一 在△ACD中,由正弦定理=得,=,所以AC=×=200.在△ABC中,∠ACB=∠ACD-∠DCB=75°-30°=45°,由余弦定理得,AB2=AC2+BC2-2AC·BC·cos∠ACB=(200)2+(300)2-2×200×300×=150 000,所以AB=100,故A,B两点之间的距离为100米.
法二 cos 15°=sin 75°=sin(45°+30°)=.在△ACD中,由正弦定理=得,=,所以AD=×=100(3+).在△ABD中,∠ADB=∠CDB-∠CDA=60°-45°=15°,由余弦定理得AB2=AD2+BD2-2AD·BD·cos∠ADB=[100(3+)]2+3002-2×100(3+)×300×=150 000,所以AB=100,故A,B两点之间的距离为100米.
跟踪训练
A 依题意分析可知,当伞完全张开时,AD=40-24=16(cm),因为B为AD'的中点,所以AB=AC=AD'=20(cm),当伞完全收拢时,AB+BD=AD'=40(cm),所以BD=20(cm),在△ABD中,cos∠BAD===,所以cos∠BAC=cos 2∠BAD=2cos2∠BAD-1=2×-1=-.
第3讲 大题专攻——三角函数与解三角形
【锁定高考·明方向】
真题感悟
1.解:(1)由余弦定理有a2+b2-c2=2abcos C,
对比已知a2+b2-c2=ab,
可得cos C===,
因为C∈(0,π),所以C=,
又sin C=cos B,所以=cos B,
即cos B=,又B∈(0,π),所以B=.
(2)由(1)可得A=,
则sin A=sin=sin(+)=×+×=,由正弦定理有=,
从而a=·c=c,
又S△ABC=acsin B=3+,
即ac=4(+1),
将a=c代入,解得c=2.
2.解:(1)∵A+B=3C,A+B+C=π,
∴4C=π,则C=.
∵2sin(A-C)=sin B=sin(π-A-C)=sin(A+C),
∴2sin Acos C-2cos Asin C=sin Acos C+cos Asin C,
则sin Acos C=3cos Asin C,∴sin A=3cos A>0.
又sin2A+cos2A=1,∴sin A=.
(2)法一 设AB边上的高为h,
由(1)易得cos A=,则sin B=sin(A+C)=sin(+A)=cos A+sin A=.
在△ABC中,由正弦定理=,
得AC===2.
又S△ABC=·AC·AB·sin A=·AB·h,
∴h=ACsin A=2×=6.
即AB边上的高为6.
法二 由(1)得sin A=3cos A,则A是锐角,cos A=,sin B=sin(A+C)=sin Acos C+cos Asin C=×+×=.
由正弦定理=,得AC===2,故AB边上的高为ACsin A=2×=6.
【研透高考·攻重点】
【例1】 解:(1)由题意得ω=2,∴f(x)=sin( 2x-),
则f( x+)=sin( 2x+)=cos( 2x+)=cos(2x+φ).
∵|φ|<,∴φ=.
(2)h(x)=f( x+)+g( x-)=sin( 2x+)+cos( 2x+)=sin( 2x+),
令2kπ-≤2x+≤2kπ+,k∈Z,
得kπ-≤x≤kπ+,k∈Z.
∴h(x)的单调递增区间为[kπ-,kπ+],k∈Z.
令2x+=kπ+,k∈Z,
解得x=+,k∈Z,
∴h(x)图象的对称轴方程为x=+,k∈Z.
跟踪训练
解:(1)f(x)=sin ωx+cos ωx=sin(ωx+),
因为图象相邻两条对称轴间的距离为,
所以周期T=2×=π,即ω==2,
因此f(x)=sin(2x+),
当x∈(0,m)时,2x+∈(,2m+),
若f(x)在(0,m)上有最大值无最小值,则由正弦函数图象得<2m+≤,解得<m≤,
即m的取值范围为(,].
(2)将f(x)的图象向右平移个单位长度得y=sin[2(x-)+]=sin 2x的图象,再将图象上所有点的横坐标变为原来2倍(纵坐标不变)得g(x)=sin x的图象,
所以h(x)=g(x)+=sin x+,
h'(x)=cos x+,x∈(-2π,π),
令h'(x)=0,得cos x=-,
则x=-或x=-或x=,
当x∈(-2π,-)时,h'(x)>0,h(x)单调递增,
当x∈(-,-)时,h'(x)<0,h(x)单调递减,
当x∈(-,)时,h'(x)>0,h(x)单调递增,
当x∈(,π)时,h'(x)<0,h(x)单调递减,
所以h(x)的极大值点为-和.
【例2】 解:(1)法一(辅助角公式法) 由sin A+cos A=2,可得sin A+cos A=1,即sin(A+)=1,
由于A∈(0,π) A+∈(,),故A+=,解得A=.
法二(同角三角函数的基本关系法) 由sin A+cos A=2,又sin2A+cos2A=1,消去sin A得4cos2A-4cos A+3=0 (2cos A-)2=0,解得cos A=,
又A∈(0,π),故A=.
(2)由题设条件和正弦定理,bsin C=csin 2B sin Bsin C=2sin Csin Bcos B,
又B,C∈(0,π),则sin Bsin C≠0,进而cos B=,得到B=,
于是C=π-A-B=,sin C=sin(π-A-B)=sin(A+B)=sin Acos B+sin Bcos A=.
法一(基本量法) 由正弦定理可得,==,即==,
解得b=2,c=+,
故△ABC的周长为2++3.
法二(整体思想法) 由正弦定理==,得===4,
所以a+b+c=4(sin A+sin B+sin C)=4×(++)=2++3,
所以△ABC的周长为2++3.
【例3】 解:(1)证明:由题意知=2,则CD=a,BD=a.
在△ABD中,sin∠BAD==,在△ACD中,sin∠CAD==,
又===,
所以+=+=·+·=,
即6AD=2a,所以AD=a.
(2)在△ABD中,由余弦定理得cos∠ADB=
=,
在△ACD中,由余弦定理得cos∠ADC==.
∠ADB+∠ADC=180°,则∠ADB=180°-∠ADC,
即=-,整理可得a2-b2=2c2.
在△ABC中,由余弦定理得cos A==-,
即-=-=-,所以c=b,
所以a2-b2=6b2,即a=b,所以===.
跟踪训练
解:(1)因为asin Acos B+bsin Acos A=acos C,
所以根据正弦定理得sin Asin Acos B+sin Asin Bcos A=sin Acos C,
因为sin A≠0,所以sin Acos B+sin Bcos A=cos C,即sin(A+B)=cos C,即sin C=cos C.
因为cos C≠0,所以tan C=.
因为0<C<π,所以C=.
(2)·=bccos A=1.
因为a2=b2+c2-2bccos A,
所以b2+c2=9+2bccos A=11, ①
因为c2=a2+b2-2abcos C,
所以b2-c2=2abcos C-a2=2×3×b×cos-32=3b-9. ②
联立①②可得2b2-3b-2=0,解得b=2(负值舍去),
故△ABC的面积为absin C=×3×2×=.
培优点1 三角函数特征量ω,φ的求解
【例1】 解析:f(x)=2cos2-cos(x+)=1+cos x-cos(x+)=sin x+cos x+1=sin(x+)+1.由题意可知,g(x)=sin(2x+2φ+)+1,若对任意的x∈R,g(x)≤g()成立,则2×+2φ+=2kπ+(k∈Z),即φ=kπ+(k∈Z).又φ>0,所以当k=0时,φ最小,最小值为.
跟踪训练
B 因为ω>0,所以当x∈[0,]时,ωx-∈[-,-],因为函数f(x)=sin(ωx-)(ω>0)在[0,]上的值域是[-,1],所以≤-≤,解得≤ω≤3.
【例2】 A 因为x∈(0,2π),ω>0,所以ωx-∈(-,2ωπ-),设z=ωx-,画出y=2cos z+1的大致图象如图.要使f(x)的图象在区间(0,2π)内至多存在3条对称轴,则2ωπ-∈(-,3π].解得ω∈(0,].
跟踪训练
A 注意正、余弦型函数的对称中心与对称轴的最短距离为,依题意,可得-≥.将T=代入上式,得ω≥2,故选A.
【例3】 A 因为函数f(x)=cos(ωx+)(ω<0)的最小正周期T=,所以π-≤×,即-2≤ω<0.当x∈(,π)时,ωπ+≤ωx+≤+,依题意知-π+2kπ≤ωπ+<ω+≤2kπ,k∈Z,解得-+2k≤ω≤-+4k,k∈Z.又-2≤ω<0,所以当k=0时成立,ω∈[-,-].
跟踪训练
A 由题意得f(x)=sin(ωx+),g(x)=cos(ωx+).令t=ωx+,由x∈(0,),得t∈(,π+).因为在区间(0,)上,f(x)单调递增,g(x)单调递减,所以得ω≤,所以0<ω≤.故选A.
【例4】 C 由x∈(0,π),得ωx+∈.根据函数f(x)在区间(0,π)恰有三个极值点,知<πω+≤,得<ω≤.根据函数f(x)在区间(0,π)恰有两个零点,知2π<πω+≤3π,得<ω≤.综上,ω的取值范围为(,].
跟踪训练
AB 由f(x)在区间(,π]内没有零点,得π-<=,得ω<,同时需满足k∈Z,解得3k+≤ω<k+,k∈Z,显然当k=0和k=-1时符合条件,且ω>0,所以ω的取值范围为(0,)∪[,).故选A、B.
培优点2 带绝对值的三角函数性质
【例1】 D f(x)=sin|x|=最小值为-,所以A不正确;又由f(-x)=sin|-x|=sin|x|=f(x),所以函数f(x)为偶函数,所以B不正确;因为f()=sin=1,f(π+)=sin(π+)=-1,所以f()≠f(π+),π不是f(x)的周期,所以C不正确;当x<0时,f(x)=-sin x,函数f(x)在[-,-]上单调递减,又因为(-,-) [-,-],所以函数f(x)在(-,-)上单调递减,D正确.
跟踪训练
ABC 选项A,函数f(x)的定义域为R,由f(-x)=2sin2(-x)-3sin|-x|+1=2sin2x-3sin|x|+1=f(x),可得f(x)是偶函数,正确;选项B,当x≥0时,f(x)=2sin2x-3sin x+1,由2sin2x-3sin x+1=0,可得sin x=或sin x=1,则当x∈[0,2π]时,x=或x=或x=,又f(x)是偶函数,则当x∈[-2π,0]时,x=-或x=-或x=-,则f(x)在[-2π,2π]上有6个零点,正确;选项C,当x≥0时,f(x)=2sin2x-3sin x+1=2(sin x-)2-,则当sin x=时f(x)取得最小值-,又f(x)是偶函数,则f(x)的最小值为-,正确;选项D,f(-)=2sin2(-)-3sin|-|+1=(1-)+1<1,f(0)=2sin20-3sin|0|+1=1,则f(-)<f(0),则f(x)在[-,0]上不单调递减,错误.故选A、B、C.
【例2】 BD f(x+π)=2(-sin x+|sin x|)·(-cos x)=2(sin x-|sin x|)·cos x≠f(x),所以A错误;f()=2(sin+|sin|)·cos=0,f(+x)=2(cos x+|cos x|)(-sin x),f(-x)=2(cos x+|cos x|)·sin x=-f(+x),所以f(x)的图象关于点(,0)中心对称,B正确;因为f(-)=0,f(0)=0,f(-)=f(0),所以C错误;因为f(x)=
即f(x)=k∈Z,所以f(x)的值域为[-2,2],D正确.
跟踪训练
C f(x)=tan x+|tan x|
=作出函数f(x)的图象,如图.观察图象,f(x)的最小正周期为π,A错误;f(x)的图象没有对称中心,B错误;f(x)的值域为[0,+∞),C正确;不等式f(x)>2,即x∈[kπ,+kπ)(k∈Z)时,2tan x>2,得tan x>1,解得+kπ<x<+kπ,k∈Z,所以f(x)>2的解集为(+kπ,+kπ)(k∈Z),故D错误.故选C.
【例3】 BD 因为f(-x)=2sin|-x|+|-sin x|=2sin|x|+|sin x|=f(x),所以函数f(x)为偶函数,当x≥0时,f(x)=2sin|x|+|sin x|=k∈Z,如图,作出函数f(x)的图象,由图可知,函数f(x)不是周期函数,故A错误;函数f(x)在[,]上单调递减,故B正确;对于C,显然x=0时方程xf(x)-1≠0,当x≠0时,则方程xf(x)-1=0的根即为函数y=f(x),y=交点的横坐标,因为函数y=f(x)是偶函数,函数y=是奇函数,所以两个函数的交点不具有对称性,所以方程xf(x)-1=0的所有根之和显然不为0,故C错误;对于D,当x∈[0,2π]时,ωx∈[0,2ωπ],因为函数f(ωx)(ω>0)在[0,2π]上有且仅有5个零点,所以2ωπ∈[4π,5π),所以ω∈[2,),故D正确.故选B、D.
跟踪训练
ABC 因为函数f(x)定义域为R,而且f(-x)=cos|2x|+|sin x|=f(x),所以f(x)是偶函数,A正确;因为函数y=cos|2x|的最小正周期为π,y=|sin x|的最小正周期为π,所以f(x)的最小正周期为π,B正确;f(x)=cos|2x|+|sin x|=cos 2x+|sin x|=1-2sin2x+|sin x|=-2(|sin x|-)2+,而|sin x|∈[0,1],所以当|sin x|=1时,f(x)的最小值为0,C正确;由上可知f(x)=0可得1-2sin2x+|sin x|=0,解得|sin x|=1或|sin x|=-(舍去),因此在[0,2π]上只有x=或x=共2个零点,所以D不正确.故选A、B、C.
培优点3 三角形中的“三线”问题
【例1】 解:(1)因为=tan B+tan C,所以=+,
即===,
又A,B∈(0,π),所以sin A≠0,所以tan C=1.
因为C∈(0,π),所以C=.
(2)由余弦定理可得c2=a2+b2-2abcos C=a2+b2-ab=4,
又=(+),则=(+)2=(a2+b2+ab)=ab+1.
由正弦定理可得a=2sin A,b=2sin B=2sin(-A)=2cos A+2sin A.
则ab=4sin2A+4sin Acos A=4·+2sin 2A=4sin(2A-)+2,
由题意得解得<A<,则2A-∈(,),所以sin(2A-)∈(,1],
所以ab∈(4,4+2],所以∈(5,3+2],
所以中线CD长度的取值范围为(,1+].
跟踪训练
C 由acos C-2bcos B+ccos A=0,得sin Acos C+sin Ccos A=2sin Bcos B,即sin(A+C)=2sin Bcos B,即sin B=2sin Bcos B,由sin B≠0,得cos B=,故B=.由余弦定理得b2=a2+c2-2accos B 9=a2+c2-ac.由中线长定理知BD2=(BA2+BC2)-AC2=(c2+a2)-b2,即4=(9+ac)-,∴ac=,∴S△ABC=acsin B=××=,故选C.
【例2】 解:(1)证明:∵tan Atan B-tan A-tan B=,
∴(tan Atan B-1)=tan A+tan B,
∴=-,
∴tan(A+B)=-,∴tan∠ACB=,
∵0<∠ACB<π,∴∠ACB=,
∵CD为角C的平分线,S△ABC=S△ACD+S△BCD,
∴·CA·CB·sin∠ACB=·CD·CA·sin∠ACD+·CD·CB·sin∠BCD,
∴CA·CB=CD·CB+CD·CA,
即=+.
(2)将CD=CB=2代入=+,
可得CA=+1,
∴S△ABC=×CA×CB×sin∠ACB=×2×(+1)×=.
跟踪训练
4 解析:由角平分线定理,CD平分∠ACB交AB于点D,可得===,所以BD=AB,由正弦定理可知,=,所以=,所以=,得cos B=.由余弦定理可知AC2=AB2+BC2-2AB×BC×cos B,即81=AB2+144-2×AB×12×,解得AB=7或AB=9.当AB=7时,BD=4.当AB=9时,因为AC=9,所以AC=AB,因此B=∠ACB,A+B+∠ACB=π即2B+B+B=π,所以B=,cos B=≠,所以AB=9不成立.故BD=4.
【例3】 解:(1)由于a<b<c,则三边a,b,c上的高之比为ha∶hb∶hc=4∶3∶2,
即4∶3∶2=∶∶,
设a=3x,则b=4x,c=6x,
在△ABC中,由余弦定理得cos C===-.
(2)由cos C=-,得sin C=.
在△EBC中,由正弦定理得=,
则BE=6×=.
跟踪训练
解:(1)在△ABC中,由余弦定理的推论得cos C===-,
解得c=4(负值舍去),
∴△ABC的周长为a+b+c=2+3+4=9.
(2)∵cos C=-,C∈(0,π),
∴sin C==.
设AB边上的高为h,则absin C=ch,
即×2×3×=×4h,
解得h=.
∴AB边上的高为.
培优点4 三角函数与解三角形中的最值(范围)问题
【例1】 解:(1)f(x)=(2sin x-cos x)·cos x+sin2x=2sin xcos x-cos2x+sin2x=sin 2x-cos 2x=2sin(2x-),
因为f(x)≤1,所以sin(2x-)≤,
所以+2kπ≤2x-≤+2kπ,k∈Z,
则+kπ≤x≤+kπ,k∈Z.
又x∈(0,π),所以f(x)≤1的解集为x|0<x≤或≤x<π.
(2)不等式m≥f(x)恒成立,等价于m≥f(x)max.
因为x∈[,],所以≤2x-≤.
故当2x-=,即x=时,f(x)取得最大值,最大值为f()=2.
所以m≥2,即实数m的取值范围为[2,+∞).
跟踪训练
B f(x)=2sin(x+)+cos 2x=2sin(x+)+sin[2(x+)],令θ=x+,g(θ)=2sin θ+sin 2θ,所以g'(θ)=2cos θ+2cos 2θ=2cos θ+2(2cos2θ-1)=4cos2θ+2cos θ-2=2(2cos θ-1)(cos θ+1),因为cos θ+1≥0恒成立,所以令2cos θ-1>0,解得θ∈(2kπ-,2kπ+)(k∈Z),此时函数g(θ)单调递增,令2cos θ-1<0,解得θ∈(2kπ+,2kπ+)(k∈Z),此时函数g(θ)单调递减,所以当θ=2kπ+(k∈Z)时,g(θ)取得最大值,所以g(θ)max=g()=2×+=,即f(x)的最大值为.故选B.
【例2】 解:(1)证明:(a+b)(b-a)=ab,即b2-a2=ab, ①
因为cos(A-B)-cos(A+B)=2sin2C,所以sin Asin B=sin2C,由正弦定理得,×=()2,
其中R为△ABC外接圆的半径,所以ab=c2, ②
由①②得,b2-a2=c2,即a2+c2=b2,
所以△ABC是直角三角形.
(2)由(1)知B=,所以sin C=sin(-A)=cos A.
根据正弦定理,得=
=sin A+cos A=sin(A+).
因为c<b,所以ac<ab=c2,所以a<c,
所以0<A<,所以<A+<,
所以<sin(A+)<1,
所以1<sin(A+)<,
即=+1∈(2,1+).
所以的取值范围是(2,1+).
跟踪训练
解:(1)因为a=1,所以cos A=,
由正弦定理==,
可得cos A=,
整理可得2sin Bcos A=2sin C-sin A,
又因为sin C=sin(A+B)=sin Acos B+sin Bcos A,化简可得sin A=2sin Acos B,
而sin A≠0,则cos B=,又B∈(0,π),
则B=.
(2)在△BCD中,由=可得sin∠CDB=,
在△ABC中,由=可得sin∠CAB=,所以=,
设AB=BD=t(t>0),由余弦定理CD2=BD2+BC2-2BD·BC·cos∠CBD,
AC2=BA2+BC2-2BA·BC·cos∠CBA,
可得CD2=t2+1+t,AC2=t2+1-t,
因此==1+≤1+=3,当且仅当t=,即t=1时等号成立,
所以的最大值为,
此时AB=BD=1.
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