第2课时 正弦函数、余弦函数的性质
[核心必知]
1.预习教材,问题导入
根据以下提纲,预习教材P34~P40的内容,回答下列问题.
(1)观察正弦函数和余弦函数的图象,你认为正弦函数值和余弦函数值有怎样的变化规律?
提示:具有“周而复始”的变换规律.
(2)正弦曲线和余弦曲线各有怎样的对称性?
提示:正弦曲线关于原点对称,余弦曲线关于y轴对称.
(3)诱导公式sin(-x)=-sin x,cos(-x)=cos x,体现了正弦函数y=sin x和余弦函数y=cos x的什么性质?
提示:正弦函数y=sin_x为奇函数,余弦函数y=cos_x为偶函数.
(4)正、余弦函数的定义域、值域各是什么?
提示:正、余弦函数的定义域为R,值域为[-1,1].
(5)正弦函数在上函数值的变化有什么特点?余弦函数在[0,2π]上函数值的变化有什么特点?
提示:y=sin x在上,曲线逐渐上升,是增函数,函数值y由-1增大到1;在上,曲线逐渐下降,是减函数,函数值y由1减小到-1.y=cos x在[0,π]上,曲线逐渐下降,是减函数,函数值由1减小到-1,在[π,2π]上,曲线逐渐上升,是增函数,函数值由-1增大到1.
2.归纳总结,核心必记
(1)函数的周期性
①对于函数f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的每一个值时,都有f(x+T)=f(x),那么函数f(x)就叫做周期函数,非零常数T叫做这个函数的周期.
②如果在周期函数f(x)的所有周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正数就叫做f(x)的最小正周期.
③记f(x)=sin x,则由sin(2kπ+x)=sin x(k∈Z),得f(x+2kπ)=f(x)对于每一个非零常数2kπ(k∈Z)都成立,余弦函数同理也是这样,所以正弦函数、余弦函数都是周期函数,2kπ(k∈Z且k≠0)都是它们的周期,最小正周期为2π.
(2)正、余弦函数的性质
y=sin x
y=cos x
图象
定义域
R
R
值域
[-1,1]
[-1,1]
周期性
最小正周期为2π
最小正周期为2π
奇偶性
奇函数
偶函数
单调性
在
(k∈Z)上递增;
在
(k∈Z)上递减
在[2kπ-π,2kπ](k∈Z)上递增;在[2kπ,2kπ+π]
(k∈Z)上递减
对称轴
x=kπ+(k∈Z)
x=kπ(k∈Z)
对称中心
(kπ,0)(k∈Z)
(k∈Z)
最值
x=2kπ+,k∈Z时,ymax=1;x=2kπ-,k∈Z时,ymin=-1
x=2kπ,k∈Z时,ymax=1;x=2kπ+π,k∈Z时,ymin=-1
[问题思考]
(1)若f(2x+T)=f(x)恒成立,T是f(x)的周期吗?
提示:不是.自变量x本身加非零常数T才可以,即f(x+T)=f(x).
(2)周期函数的定义域一定是x∈R吗?
提示:不一定,但周期函数的定义域一定是无限集.
(3)周期函数的周期是唯一的吗?
提示:不唯一,若T是函数的周期,则kT(k∈Z)也是函数的周期.
(4)正弦函数和余弦函数的图象都既是中心对称图形又是轴对称图形,它们的对称中心和对称轴有什么关系?
提示:正弦函数图象的对称中心、对称轴分别与余弦函数图象的对称轴,对称中心对应.
[课前反思]
(1)周期及周期函数的定义: ;
(2)正弦函数和余弦函数的性质: .
知识点1
正、余弦函数的周期性
?讲一讲
1.求下列三角函数的周期:
(1)y=3sin x,x∈R;
(2)y=cos 2x,x∈R;
(3)y=sin,x∈R;
(4)y=|cos x|,x∈R.
[尝试解答] (1)因为3sin(x+2π)=3sin x,由周期函数的定义知,y=3sin x的周期为2π.
(2)因为cos 2(x+π)=cos(2x+2π)=cos 2x,由周期函数的定义知,y=cos 2x的周期为π.
(3)因为sin=sin=sin,
由周期函数的定义知,
y=sin的周期为6π.
(4)y=|cos x|的图象如图(实线部分)所示,
由图象可知,y=|cos x|的周期为π.
类题·通法
求三角函数最小正周期的常用方法
(1)公式法,将函数化为y=Asin(ωx+φ)+B或y=Acos(ωx+φ)+B的形式,再利用T=求得;
(2)图象法,利用变换的方法或作出函数的图象,通过观察得到最小正周期.
?练一练
1.求下列函数的最小正周期.
(1)y=sin 2x;
(2)y=cos x;
(3)y=2sin;
(4)y=|sin x|.
解:(1)∵sin(2x+2π)=sin 2x,
即sin 2(x+π)=sin 2x,
∴y=sin 2x的最小正周期为π.
(2)∵cos=cos x,
即cos (x+4π)=cos x,
∴y=cos x的最小正周期为4π.
(3)∵2sin=2sin,
即2sin=2sin,
∴y=2sin的最小正周期为6π.
(4)作出y=|sin x|的图象.
由图象可知y=|sin x|的最小正周期为π.
知识点2
正、余弦函数的奇偶性
?讲一讲
2.判断下列函数的奇偶性:
(1)f(x)=sin 2x;
(2)f(x)=sin;
(3)f(x)=sin |x|;
(4)f(x)=+.
[尝试解答] (1)显然x∈R,f(-x)=sin(-2x)=-sin 2x=-f(x),
所以f(x)=sin 2x是奇函数.
(2)显然x∈R,f(x)=sin=-cos ,
所以f(-x)=-cos=-cos=f(x),
所以函数f(x)=sin是偶函数.
(3)显然x∈R,f(-x)=sin|-x|=sin |x|=f(x),
所以函数f(x)=sin |x|是偶函数.
(4)由
得cos x=1,所以x=2kπ(k∈Z),
此时f(x)=0,
故该函数既是奇函数又是偶函数.
类题·通法
与三角函数奇偶性有关的结论
(1)要使y=Asin(ωx+φ)(Aω≠0)为奇函数,则φ=kπ(k∈Z);
(2)要使y=Asin(ωx+φ)(Aω≠0)为偶函数,则φ=kπ+(k∈Z);
(3)要使y=Acos(ωx+φ)(Aω≠0)为奇函数,则φ=kπ+(k∈Z);
(4)要使y=Acos(ωx+φ)(Aω≠0)为偶函数,则φ=kπ(k∈Z).
?练一练
2.(1)若函数y=cos(ωx+φ)是奇函数,则( )
A.ω=0 B.φ=kπ(k∈Z)
C.ω=kπ(k∈Z) D.φ=kπ+(k∈Z)
(2)下列函数是最小正周期为π的偶函数的为( )
A.y=sin B.y=cos
C.y=cos x D.y=cos 2x
解析:(1)由函数y=cos(ωx+φ)是奇函数,可知y=cos(ωx+φ)=sin ωx或y=cos(ωx+φ)=-sin ωx,
由诱导公式,得φ=kπ+(k∈Z).
(2)A中函数为奇函数;B中函数的最小正周期为4π;C中函数的最小正周期为2π.故选D.
答案:(1)D (2)D
知识点3
正、余弦函数的单调性
?讲一讲
3.(1)函数y=3sin的单调递增区间为__________________.
(2)函数y=cos的单调递减区间为__________________.
(3)若f(x)=2sin ωx(0<ω<1)在区间上的最大值为,则ω=________.
[尝试解答] (1)y=3sin=-3sin,令u=-,则y=-3sin u的单调递增区间,对应于y=sin u的单调递减区间.
令2kπ+≤u≤2kπ+(k∈Z),即2kπ+≤-≤2kπ+(k∈Z),得4kπ+≤x≤4kπ+(k∈Z),
∴y=3sin的单调递增区间为4kπ+,4kπ+(k∈Z).
(2)令z=2x+,而函数y=cos z的单调递减区间是[2kπ,2kπ+π](k∈Z),
故原函数单调递减时,可得2kπ≤2x+≤2kπ+π(k∈Z),解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
∴y=cos的单调递减区间是kπ-,kπ+(k∈Z).
(3)由题意可知f(x)=2sin ωx(0<ω<1)在区间上为增函数且2sin ω=,
即sin ω=,所以有ω=2kπ+(k∈Z),
即ω=6k+(k∈Z),∵0<ω<1,∴ω=.
答案:(1)(k∈Z)
(2)(k∈Z) (3)
类题·通法
求形如y=Asin(ωx+φ)或y=Acos(ωx+φ)的函数的单调区间时,若ω为负数,则要先把ω化为正数.
当A>0时,把ωx+φ整体放入y=sin x或y=cos x的单调增区间内,求得的x的范围即函数的增区间;整体放入y=sin x或y=cos x的单调减区间内,可求得函数的减区间.当A<0时,上述方法求出的区间是其单调性相反的区间.
?练一练
3.求下列函数的单调区间.
(1)y=sin;
(2)y=cos 2x.
解:(1)令u=x-,
函数y=sin u的单调递增区间为
,k∈Z,
单调递减区间为,k∈Z.
由2kπ-≤x-≤2kπ+,k∈Z,
得2kπ-≤x≤2kπ+,k∈Z;
由2kπ+≤x-≤2kπ+,k∈Z,
得2kπ+≤x≤2kπ+,k∈Z.
故函数y=sin的单调递增区间是
,
k∈Z,单调递减区间是,k∈Z.
(2)由2kπ-π≤2x≤2kπ,k∈Z,
得kπ-≤x≤kπ,k∈Z;
由2kπ≤2x≤2kπ+π,k∈Z,
得kπ≤x≤kπ+,k∈Z.
故函数y=cos 2x的单调递增区间为,
k∈Z,单调递减区间为,k∈Z.
知识点4
正、余弦函数的最值问题
?讲一讲
4.求下列函数的值域:
(1)y=cos,x∈;(2)y=cos2x-4cos x+5.
[尝试解答] (1)由y=cos,x∈可得x+∈,
函数y=cos x在区间上单调递减,
所以函数的值域为.
(2)令t=cos x,则-1≤t≤1.∴y=t2-4t+5=(t-2)2+1,
∴t=-1时,y取得最大值10,
t=1时,y取得最小值2.
所以y=cos2x-4cos x+5的值域为[2,10].
类题·通法
求三角函数值域的常用方法
(1)求解形如y=asin x+b(或y=acos x+b)的函数的最值或值域问题时,利用正、余弦函数的有界性(-1≤sin x,cos x≤1)求解,求三角函数取最值时相应自变量x的集合时,要注意考虑三角函数的周期性.
(2)求解形如y=asin2x+bsin x+c(或y=acos2x+bcos x+c),x∈D的函数的值域或最值时,通过换元,令t=sin x(或cos x),将原函数转化为关于t的二次函数,利用配方法求值域或最值即可.求解过程中要注意t=sin x(或cos x)的有界性.
?练一练
4.(1)已知函数y=3cos2x-4cos x+1,x∈,则该函数的值域为( )
A. B.
C. D.
(2)函数f(x)=3sin在区间上的值域为________.
解析:(1)y=3cos2x-4cos x+1=32-.
∵x∈,∴cos x∈,
∴当cos x=,
即x=时,ymin=-;
当cos x=-,即x=时,ymax=.
故函数y=3cos2x-4cos x+1,x∈的值域为.
(2)由0≤x≤,得0≤2x≤π,于是-≤2x-≤,所以-≤sin≤1,
即-≤3sin2x-≤3,
所以f(x)∈.
答案:(1)A (2)
[课堂归纳·感悟提升]
1.本节课的重点是正弦函数和余弦函数的性质,难点是正、余弦函数的最值问题的求解.
2.理解正、余弦函数的性质,要重点关注以下三点
(1)正弦函数(余弦函数)不是定义域上的单调函数.另外,说“正弦函数(余弦函数)在第一象限内是增(减)函数”也是错误的,因为在第一象限内,即使是终边相同的角,它们也可以相差2π的整数倍.
(2)正弦曲线(余弦曲线)的对称轴一定过正弦曲线(余弦曲线)的最高点或最低点,即此时的正弦值(余弦值)取最大值或最小值.
(3)正弦曲线(余弦曲线)的对称中心一定是正弦曲线(余弦曲线)与x轴的交点,即此时的正弦值(余弦值)为0.
3.要重点掌握函数性质的应用
(1)求正、余弦函数的周期,见讲1;
(2)判断正、余弦函数的奇偶性,见讲2;
(3)求正、余弦函数的单调区间,见讲3;
(4)求正、余弦函数的值域,见讲4.
4.本节课的易错点有以下两处
(1)求形如函数y=Asin(ωx+φ)的单调区间时,如果ω<0,应先利用诱导公式将其转化为正值,如讲3(1).
(2)求形如函数y=Asin2x+Bsin x+C的值域时,易忽视正弦函数y=sin x的有界性,如讲4(2).
课下能力提升(九)
[学业水平达标练]
题组1 正、余弦函数的周期性
1.下列函数中,周期为的是( )
A.y=sin B.y=sin 2x
C.y=cos D.y=cos 4x
解析:选D 由公式T=可得,选D.
2.函数y=cos(k>0)的最小正周期不大于2,则正整数k的最小值应是________.
解析:由T=≤2,
解得k≥4π,又k∈Z,
∴满足题意的最小值是13.
答案:13
题组2 正、余弦函数的奇偶性
3.函数f(x)=的奇偶性是( )
A.奇函数
B.偶函数
C.既是奇函数又是偶函数
D.既不是奇函数也不是偶函数
解析:选A 因为f(x)的定义域为{x|x≠2kπ+π,k∈Z}关于原点对称,又f(-x)==-=-f(x),所以函数f(x)为奇函数,故选A.
4.函数y=sin(0≤φ≤π)是R上的偶函数,则φ的值是( )
A.0 B.
C. D.π
解析:选C 由题意,得sin(-φ)=±1,即sin φ=±1.因为φ∈[0,π],所以φ=.故选C.
题组3 正、余弦函数的单调性
5.下列函数中,周期为π,且在上为减函数的是( )
A.y=sin B.y=cos
C.y=sin D.y=cos
解析:选A 因为函数的周期为π,所以排除C、D.又因为y=cos=-sin 2x在上为增函数,故B不符.只有函数y=sin的周期为π,且在上为减函数.
6.sin,sin,sin,从大到小的顺序为________.
解析:∵<<<<π,
又函数y=sin x在上单调递减,
∴sin>sin>sin.
答案:sin>sin>sin
7.求函数y=sin,x∈[0,π]的单调递增区间.
解:由y=-sin的单调性,
得+2kπ≤x-≤+2kπ,k∈Z,
即+2kπ≤x≤+2kπ,k∈Z.
又x∈[0,π],故≤x≤π.
即单调递增区间为.
题组4 正、余弦函数的最值问题
8.函数y=|sin x|+sin x的值域为( )
A.[-1,1] B.[-2,2]
C.[-2,0] D.[0,2]
解析:选D ∵y=|sin x|+sin x=
又∵-1≤sin x≤1,∴y∈[0,2],
即函数的值域为[0,2]
9.已知函数y=a-bcos(b>0)的最大值为,最小值为-.
(1)求a,b的值;
(2)求函数g(x)=-4asin的最小值并求出对应x的集合.
解:(1)cos∈[-1,1],∵b>0,∴-b<0.
∴∴a=,b=1.
(2)由(1)知g(x)=-2sin,
∵sin∈[-1,1],∴g(x)∈[-2,2].
∴g(x)的最小值为-2,此时,sin=1.
对应x的集合为.
[能力提升综合练]
1.函数y=sin的一个对称中心是( )
A. B.
C. D.
解析:选B 对称中心为曲线与x轴的交点,将四个点代入验证,只有符合要求.
2.下列关系式中正确的是( )
A.sin 11°<cos 10°<sin 168°
B.sin 168°<sin 11°<cos 10°
C.sin 11°<sin 168°<cos 10°
D.sin 168°<cos 10°<sin 11°
解析:选C sin 168°=sin(180°-12°)=sin 12°,cos 10°=cos(90°-80°)=sin 80°.因为正弦函数y=sin x在区间上为增函数,所以sin 11°<sin 12°<sin 80°,即sin 11°<sin 168°<cos 10°.
3.函数y=sin x的定义域为[a,b],值域为,则b-a的最大值和最小值之和等于( )
A. B.
C.2π D.4π
解析:选C 如图,当x∈[a1,b]时,值域为,且b-a最大.当x∈[a2,b]时,值域为,且b-a最小.
∴最大值与最小值之和为(b-a1)+(b-a2)=2b-(a1+a2)=2×++=2π.
4.关于x的函数f(x)=sin(x+φ)有以下命题:
①对任意的φ,f(x)都是非奇非偶函数;
②不存在φ,使f(x)既是奇函数,又是偶函数;
③存在φ,使f(x)是奇函数;
④对任意的φ,f(x)都不是偶函数.
其中的错误命题是________.(写出所有错误命题的序号)
解析:易知②③成立,令φ=,f(x)=cos x是偶函数,①④都不成立.
答案:①④
5.若函数f(x)=sin ωx(ω>0)在区间上单调递增,在区间上单调递减,则ω=________.
解析:由题意知f(x)的周期T=,则ω==.
答案:
6.函数y=cos x在区间[-π,a]上为增函数,则a的取值范围是________.
解析:∵y=cos x在[-π,0]上是增函数,在[0,π]上是减函数,∴只有-π
答案:(-π,0]
7.已知ω是正数,函数f(x)=2sin ωx在区间上是增函数,求ω的取值范围.
解:由2kπ-≤ωx≤2kπ+(k∈Z)得-+≤x≤+(k∈Z).
∴f(x)的单调递增区间是(k∈Z).
据题意:?(k∈Z).
从而有解得0<ω≤.故ω的取值范围是.
8.已知f(x)=-2asin+2a+b,x∈,是否存在常数a,b∈Q,使得f(x)的值域为{y|-3≤y≤-1}?若存在,求出a,b的值;若不存在,请说明理由.
解:∵≤x≤,∴≤2x+≤,∴-1≤sin≤.
假设存在这样的有理数a,b,则当a>0时,
解得(不合题意,舍去);
当a<0时,
解得故a,b存在,且a=-1,b=1.
课件42张PPT。谢谢!课下能力提升(九)
[学业水平达标练]
题组1 正、余弦函数的周期性
1.下列函数中,周期为的是( )
A.y=sin B.y=sin 2x
C.y=cos D.y=cos 4x
解析:选D 由公式T=可得,选D.
2.函数y=cos(k>0)的最小正周期不大于2,则正整数k的最小值应是________.
解析:由T=≤2,
解得k≥4π,又k∈Z,
∴满足题意的最小值是13.
答案:13
题组2 正、余弦函数的奇偶性
3.函数f(x)=的奇偶性是( )
A.奇函数
B.偶函数
C.既是奇函数又是偶函数
D.既不是奇函数也不是偶函数
解析:选A 因为f(x)的定义域为{x|x≠2kπ+π,k∈Z}关于原点对称,又f(-x)==-=-f(x),所以函数f(x)为奇函数,故选A.
4.函数y=sin(0≤φ≤π)是R上的偶函数,则φ的值是( )
A.0 B.
C. D.π
解析:选C 由题意,得sin(-φ)=±1,即sin φ=±1.因为φ∈[0,π],所以φ=.故选C.
题组3 正、余弦函数的单调性
5.下列函数中,周期为π,且在上为减函数的是( )
A.y=sin B.y=cos
C.y=sin D.y=cos
解析:选A 因为函数的周期为π,所以排除C、D.又因为y=cos=-sin 2x在上为增函数,故B不符.只有函数y=sin的周期为π,且在上为减函数.
6.sin,sin,sin,从大到小的顺序为________.
解析:∵<<<<π,
又函数y=sin x在上单调递减,
∴sin>sin>sin.
答案:sin>sin>sin
7.求函数y=sin,x∈[0,π]的单调递增区间.
解:由y=-sin的单调性,
得+2kπ≤x-≤+2kπ,k∈Z,
即+2kπ≤x≤+2kπ,k∈Z.
又x∈[0,π],故≤x≤π.
即单调递增区间为.
题组4 正、余弦函数的最值问题
8.函数y=|sin x|+sin x的值域为( )
A.[-1,1] B.[-2,2]
C.[-2,0] D.[0,2]
解析:选D ∵y=|sin x|+sin x=
又∵-1≤sin x≤1,∴y∈[0,2],
即函数的值域为[0,2]
9.已知函数y=a-bcos(b>0)的最大值为,最小值为-.
(1)求a,b的值;
(2)求函数g(x)=-4asin的最小值并求出对应x的集合.
解:(1)cos∈[-1,1],∵b>0,∴-b<0.
∴∴a=,b=1.
(2)由(1)知g(x)=-2sin,
∵sin∈[-1,1],∴g(x)∈[-2,2].
∴g(x)的最小值为-2,此时,sin=1.
对应x的集合为.
[能力提升综合练]
1.函数y=sin的一个对称中心是( )
A. B.
C. D.
解析:选B 对称中心为曲线与x轴的交点,将四个点代入验证,只有符合要求.
2.下列关系式中正确的是( )
A.sin 11°<cos 10°<sin 168°
B.sin 168°<sin 11°<cos 10°
C.sin 11°<sin 168°<cos 10°
D.sin 168°<cos 10°<sin 11°
解析:选C sin 168°=sin(180°-12°)=sin 12°,cos 10°=cos(90°-80°)=sin 80°.因为正弦函数y=sin x在区间上为增函数,所以sin 11°<sin 12°<sin 80°,即sin 11°<sin 168°<cos 10°.
3.函数y=sin x的定义域为[a,b],值域为,则b-a的最大值和最小值之和等于( )
A. B.
C.2π D.4π
解析:选C 如图,当x∈[a1,b]时,值域为,且b-a最大.当x∈[a2,b]时,值域为,且b-a最小.
∴最大值与最小值之和为(b-a1)+(b-a2)=2b-(a1+a2)=2×++=2π.
4.关于x的函数f(x)=sin(x+φ)有以下命题:
①对任意的φ,f(x)都是非奇非偶函数;
②不存在φ,使f(x)既是奇函数,又是偶函数;
③存在φ,使f(x)是奇函数;
④对任意的φ,f(x)都不是偶函数.
其中的错误命题是________.(写出所有错误命题的序号)
解析:易知②③成立,令φ=,f(x)=cos x是偶函数,①④都不成立.
答案:①④
5.若函数f(x)=sin ωx(ω>0)在区间上单调递增,在区间上单调递减,则ω=________.
解析:由题意知f(x)的周期T=,则ω==.
答案:
6.函数y=cos x在区间[-π,a]上为增函数,则a的取值范围是________.
解析:∵y=cos x在[-π,0]上是增函数,在[0,π]上是减函数,∴只有-π答案:(-π,0]
7.已知ω是正数,函数f(x)=2sin ωx在区间上是增函数,求ω的取值范围.
解:由2kπ-≤ωx≤2kπ+(k∈Z)得-+≤x≤+(k∈Z).
∴f(x)的单调递增区间是(k∈Z).
据题意:?(k∈Z).
从而有解得0<ω≤.故ω的取值范围是.
8.已知f(x)=-2asin+2a+b,x∈,是否存在常数a,b∈Q,使得f(x)的值域为{y|-3≤y≤-1}?若存在,求出a,b的值;若不存在,请说明理由.
解:∵≤x≤,∴≤2x+≤,∴-1≤sin≤.
假设存在这样的有理数a,b,则当a>0时,
解得(不合题意,舍去);
当a<0时,
解得故a,b存在,且a=-1,b=1.