人教 A 版学生用书不含答案,教师用书与全解不在本站语料里——因此本节习题的解答无官方答案可核,它们是本站写的。每一道都过了独立 verifier 的 refute 优先复核(默认它有问题,找不出问题才放行),但那不等于官方标准答案:拿它对思路,别拿它对分。
本节页面覆盖第 216–222 页,课本习题共 24 道:第 220 页「练习」5 道、第 220–221 页「习题 5.4」
19 道(复习巩固 9 道、综合运用 7 道、拓广探索 3 道),逐题全做。
本节没有开放式的实习作业或方案设计,因此没有不收的题。
「习题 5.4」是给整个 §5.4 配的一组,题面整组印在本节页面上,所以一并在这里做:
其中第 7、8、9、12、13、14 题考本小节的正切函数,其余各题考 §5.4.1、§5.4.2 的
正弦、余弦函数的图象与性质。
有几道题要求”画出简图”。本站的详解不代画,而是把五点法的那五个点算出来列成表(正弦余弦),
或把渐近线与关键点说清楚(正切),读者照着描点连线即可。
下文反复用到的结论:y=sinx、y=cosx 的最小正周期是 2π、值域 [−1,1];
y=tanx 的最小正周期是 π、值域 R、定义域 x=2π+kπ,
且在每一个 (−2π+kπ,2π+kπ) 上单调递增;
y=Asin(ωx+φ) 的周期是 ∣ω∣2π,y=Atan(ωx+φ) 的周期是 ∣ω∣π。
每道题先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。
练习(第 220 页)第 1 题
- 借助函数 y=tanx 的图象解不等式 tanx⩾−1,x∈[0,2π)∪(2π,π).
给定范围被 x=2π 断成两段,两段分开看(正切在每一段上分别单调递增)。
在 [0,2π) 上:tanx 从 tan0=0 单调增到 +∞,
所以这一段上恒有 tanx⩾0>−1,整段都满足。
在 (2π,π) 上:tanx 从 −∞ 单调增到 tanπ=0。
由 tan43π=−1 与单调递增,
tanx⩾−1⟺x⩾43π,
即这一段上的解是 [43π,π)。
合起来,不等式的解集是
[0,2π)∪[43π,π).
核两个端点:x=43π 时 tanx=−1,取等号,应包含 ✓;
x 略小于 43π(如 32π)时 tanx=−3<−1,不满足 ✓。
练习(第 220 页)第 2 题
- 观察正切曲线,写出满足下列条件的 x 值的范围:
(1) tanx>0; (2) tanx=0; (3) tanx<0.
按定义 tanx=xy(终边与单位圆交点的纵横坐标之比)看象限最快,
再把一支上的结论加上 kπ 推广到全体(正切的周期是 π,所以加的是 kπ 而不是 2kπ)。
-
(1) tanx>0:终边在第一或第三象限,即
x∈(kπ, kπ+2π),k∈Z.
-
(2) tanx=0:纵坐标为零、横坐标不为零,即终边落在 x 轴上,
x=kπ,k∈Z.
-
(3) tanx<0:终边在第二或第四象限,即
x∈(kπ−2π, kπ),k∈Z.
三个答案合起来正好覆盖整个定义域:每一支 (kπ−2π,kπ+2π) 被
x=kπ 分成负、零、正三段 ✓。
练习(第 220 页)第 3 题
- 求函数 y=tan3x 的定义域.
整体换元:令 u=3x,则要求 u=2π+kπ,即
3x=2π+kπ⟹x=6π+3kπ,k∈Z.
定义域
{xx=6π+3kπ, k∈Z}.
核一遍:这些排除点相邻两个相差 3π,而 y=tan3x 的周期是 3π——
每个周期里恰好挖掉一个点 ✓。
练习(第 220 页)第 4 题
- 求下列函数的周期:
(1) y=tan2x,x=4π+2kπ(k∈Z) ;
(2) y=5tan2x,x=(2k+1)π(k∈Z) .
正切型函数 y=Atan(ωx+φ) 的最小正周期是 T=∣ω∣π
(是 π 除以 ∣ω∣,不是 2π)。
- (1) ω=2,故 T=2π。
- (2) ω=21(系数 5 不影响周期),故 T=1/2π=2π。
验一遍 (1):tan[2(x+2π)]=tan(2x+π)=tan2x ✓;
而排除点 4π+2kπ 相邻两个也正好相差 2π,与周期一致 ✓。
练习(第 220 页)第 5 题
- 不通过求值,比较下列各组中两个正切值的大小:
(1) tan(−52∘) 与 tan(−47∘) ;
(2) tan413π 与 tan517π .
做法:先把两个角化到同一个单调区间(通常取 (−2π,2π),
即 (−90∘,90∘)),再按”正切在该区间上单调递增”比较。
(1) −52∘ 与 −47∘ 本来就都在 (−90∘,90∘) 内。由
−90∘<−52∘<−47∘<90∘
与正切在这一段上单调递增,得
tan(−52∘)<tan(−47∘).
(2) 先用周期 π 化简:
413π−3π=413π−12π=4π,517π−3π=517π−15π=52π,
故 tan413π=tan4π、tan517π=tan52π。
两个角都在 (−2π,2π) 内,且
4π=205π<208π=52π,
由单调递增得
tan413π<tan517π.
习题 5.4 第 1 题
- 画出下列函数的简图:
(1) y=1−sinx,x∈[0,2π] ; (2) y=3cosx+1,x∈[0,2π] .
用五点法,取 x=0,2π,π,23π,2π。
(1) y=1−sinx:
| x | 0 | 2π | π | 23π | 2π |
|---|
| sinx | 0 | 1 | 0 | −1 | 0 |
| y | 1 | 0 | 1 | 2 | 1 |
图象是把正弦曲线先关于 x 轴翻折(−sinx)再整体上移 1 个单位;
最高点 (23π,2)、最低点 (2π,0),值域 [0,2]。
(2) y=3cosx+1:
| x | 0 | 2π | π | 23π | 2π |
|---|
| cosx | 1 | 0 | −1 | 0 | 1 |
| y | 4 | 1 | −2 | 1 | 4 |
图象是把余弦曲线纵坐标伸长到 3 倍再上移 1 个单位;
最高点 (0,4) 与 (2π,4)、最低点 (π,−2),值域 [−2,4]。
习题 5.4 第 2 题
- 求下列函数的周期:
(1) y=sin32x,x∈R;
(2) y=21cos4x,x∈R.
正弦型、余弦型的最小正周期是 T=∣ω∣2π。
- (1) ω=32,故 T=2/32π=3π。
- (2) ω=4(系数 21 不影响周期),故 T=42π=2π。
习题 5.4 第 3 题
- 下列函数中,哪些是奇函数?哪些是偶函数?哪些既不是奇函数,也不是偶函数?
(1) y=∣sinx∣ ; (2) y=1−cos2x ;
(3) y=−3sin2x ; (4) y=1+2tanx .
前三个的定义域都是 R;(4) 的定义域是
{x∣x=2π+kπ, k∈Z},
它也关于原点对称(挖掉的点成对出现),所以四个都能往下判。
(1) 偶函数。 f(−x)=∣sin(−x)∣=∣−sinx∣=∣sinx∣=f(x)。
(2) 偶函数。 f(−x)=1−cos(−2x)=1−cos2x=f(x)(余弦是偶的)。
(3) 奇函数。 f(−x)=−3sin(−2x)=−3(−sin2x)=3sin2x=−f(x)。
(4) 既不是奇函数,也不是偶函数。
f(−x)=1+2tan(−x)=1−2tanx.
它不恒等于 f(x)=1+2tanx:两者相等要 −2tanx=2tanx,即 tanx=0——只在个别点上碰巧成立,不是恒等式,所以不是偶函数。
它也不恒等于 −f(x)=−1−2tanx:两者相等要 1−2tanx=−1−2tanx,tanx 两边消掉,剩下 1=−1——对定义域内每一个 x 都不成立,所以不是奇函数。
举一个具体的反例:取 x=4π,f(4π)=1+2=3,
f(−4π)=1−2=−1;而 3=−1、−1=−3,两条都不成立。
结论:(1)(2) 是偶函数,(3) 是奇函数,(4) 既不是奇函数也不是偶函数。
(4) 为什么不是奇函数:2tanx 本身是奇的,但加上常数 1 之后就破坏了对称——
奇函数的图象必过原点(若在 0 处有定义),而这个函数 f(0)=1=0。
习题 5.4 第 4 题
- 求使下列函数取得最大值、最小值的自变量 x 的集合,并求出最大值、最小值:
(1) y=1−21cos3πx,x∈R;
(2) y=3sin(2x+4π),x∈R;
(3) y=−23cos(21x−6π),x∈R;
(4) y=21sin(21x+3π),x∈R.
统一做法:看清括号前面的系数是正是负(负号会把最大最小对调),再由括号里的整体取 ±1 解出 x。
(1) 系数是 −21(负),所以 cos3πx=−1 时 y 最大、=1 时 y 最小。
-
最大值 y=1+21=23,此时 3πx=π+2kπ,解得 x=3+6k,集合
{x∣x=3+6k, k∈Z};
-
最小值 y=1−21=21,此时 3πx=2kπ,解得 x=6k,集合
{x∣x=6k, k∈Z}.
(2) 系数 3>0。最大值 3,此时 2x+4π=2π+2kπ,
解得 2x=4π+2kπ,x=8π+kπ,集合
{x∣x=8π+kπ, k∈Z};
最小值 −3,此时 2x+4π=−2π+2kπ,解得 x=−83π+kπ,集合
{x∣x=−83π+kπ, k∈Z}。
(3) 系数 −23(负),所以余弦取 −1 时 y 最大。
- 最大值 23,此时 2x−6π=π+2kπ,解得 2x=67π+2kπ,
x=37π+4kπ,集合 {x∣x=37π+4kπ, k∈Z};
- 最小值 −23,此时 2x−6π=2kπ,解得 x=3π+4kπ,集合
{x∣x=3π+4kπ, k∈Z}。
(4) 系数 21>0。最大值 21,此时 2x+3π=2π+2kπ,
解得 2x=6π+2kπ,x=3π+4kπ,集合
{x∣x=3π+4kπ, k∈Z};
最小值 −21,此时 2x+3π=−2π+2kπ,
解得 x=−35π+4kπ,集合 {x∣x=−35π+4kπ, k∈Z}。
核一遍每小问里”两个集合相差半个周期”:(1) 周期 π/32π=6,两集合相差 3 ✓;
(2) 周期 π,相差 8π−(−83π)=2π ✓;
(3)(4) 周期都是 4π,相差都是 2π ✓。
习题 5.4 第 5 题
- 利用函数的单调性比较下列各组中两个三角函数值的大小:
(1) sin103∘15′ 与 sin164∘30′ ;
(2) cos(−103π) 与 cos(−94π) ;
(3) sin508∘ 与 sin144∘ ;
(4) cos(1047π) 与 cos(944π) .
(4) cos(1047π) 与 cos(944π) .
做法:把两个角化到同一个单调区间,再比角、翻成函数值。
用到的两条:y=sinx 在 [2π,23π](即 [90∘,270∘])上单调递减;
y=cosx 在 [0,π] 上单调递减。
(1) 103∘15′ 与 164∘30′ 都在 [90∘,270∘] 内,正弦在此递减。
由 103∘15′<164∘30′ 得
sin103∘15′>sin164∘30′.
(2) 余弦是偶函数,cos(−103π)=cos103π、
cos(−94π)=cos94π。两个角都在 [0,π] 内,余弦在此递减。
比大小:103=9027、94=9040,故 103π<94π,于是
cos(−103π)>cos(−94π).
(3) 先减周期:508∘−360∘=148∘,故 sin508∘=sin148∘。
144∘ 与 148∘ 都在 [90∘,270∘] 内,正弦在此递减;由 144∘<148∘ 得
sin144∘>sin148∘,即
sin508∘<sin144∘.
(4) 先减周期:1047π−4π=1047π−40π=107π;
944π−4π=944π−36π=98π。两者都在 [0,π] 内,余弦在此递减。
比大小:107=9063、98=9080,故 107π<98π,于是
cos1047π>cos944π.
习题 5.4 第 6 题
- 求下列函数的单调区间:
(1) y=1+sinx,x∈[0,2π] ; (2) y=−cosx,x∈[0,2π] .
(1) 加常数 1 不改变增减,所以与 y=sinx 在 [0,2π] 上的增减完全一致:
单调递增区间 [0,2π] 与 [23π,2π];单调递减区间 [2π,23π].
(2) y=cosx 在 [0,π] 上递减、在 [π,2π] 上递增;乘以 −1 后增减互换:
单调递增区间 [0,π];单调递减区间 [π,2π].
核一遍 (2):−cos0=−1、−cosπ=1、−cos2π=−1——从 −1 升到 1 再降回 −1 ✓。
习题 5.4 第 7 题
- 求函数 y=−tan(x+6π)+2 的定义域.
定义域只由 tan 决定(外面的负号与 +2 不影响)。要求
x+6π=2π+kπ⟹x=2π−6π+kπ=3π+kπ,k∈Z.
定义域
{xx=3π+kπ, k∈Z}.
习题 5.4 第 8 题
- 求函数 y=tan(2x−3π),x=125π+2kπ(k∈Z) 的周期.
正切型的最小正周期是 T=∣ω∣π,此处 ω=2,故
T=2π.
验一遍:
tan[2(x+2π)−3π]=tan(2x−3π+π)=tan(2x−3π),
且题给的排除点 125π+2kπ 相邻两个也相差 2π,
所以平移 2π 之后定义域也回到自身 ✓。
习题 5.4 第 9 题
- 利用正切函数的单调性比较下列各组中两个函数值的大小:
(1) tan(−5π) 与 tan(−73π) ;
(2) tan1519∘ 与 tan1493∘ ;
(2) tan1519∘ 与 tan1493∘ ;
(3) tan6119π 与 tan(−5113π) ;
(4) tan87π 与 tan6π .
(4) tan87π 与 tan6π .
做法:用周期 π 把两个角都化到 (−2π,2π) 里,再按单调递增比较。
(1) 两个角本来就在 (−2π,2π) 内。比大小:
51=357、73=3515,故 −73π<−5π,于是
tan(−73π)<tan(−5π),即tan(−5π)>tan(−73π).
(2) 减周期(正切每 180∘ 重复):1519∘−8×180∘=1519∘−1440∘=79∘;
1493∘−8×180∘=53∘。两者都在 (−90∘,90∘) 内,由 53∘<79∘ 得
tan1493∘<tan1519∘,即tan1519∘>tan1493∘.
(3) 先把带分数写成假分数:6119π=1175π,
−5113π=−1158π。再减周期:
1175π−7π=1175π−77π=−112π,−1158π+5π=11−58π+55π=−113π.
两者都在 (−2π,2π) 内(2π=115.5π)。
由 −113π<−112π 与单调递增得
tan(−5113π)<tan6119π,即tan6119π>tan(−5113π).
(4) 87π−π=−8π,故 tan87π=tan(−8π)。
两个角 −8π 与 6π 都在 (−2π,2π) 内,
由 −8π<6π 得
tan87π<tan6π.
第 (4) 问尤其要小心:不化简就直接比 87π>6π、进而说
tan87π>tan6π,就正好答反了——因为两个角不在同一支上。
习题 5.4 第 10 题
- 求下列函数的值域:
(1) y=sinx,x∈[4π,45π] ;
(2) y=cos(x+3π) , x∈[0,2π] .
(1) 区间 [4π,45π] 跨过了最高点 2π,所以分两段看:
在 [4π,2π] 上 sinx 递增,从 sin4π=22 升到 1;
在 [2π,45π] 上递减,从 1 降到 sin45π=−22。
最大值 1(在 x=2π 处取到);最小值是两个端点值里较小的那个,
即 −22(在 x=45π 处取到)。由连续性,值域是
[−22, 1].
(2) 整体换元 u=x+3π。x∈[0,2π] 时
u∈[3π, 2π+3π]=[3π, 65π].
这一段完全落在 [0,π] 内,cosu 在其上单调递减,故
cos65π⩽cosu⩽cos3π,即−23⩽y⩽21.
值域是 [−23, 21]。
两小问的差别值得记:(1) 的区间跨过了极值点,于是端点值不再一定就是最值——要把极值点处的值
与两个端点值放在一起比。这道题里最大值落在内部的 x=2π,最小值仍落在右端点 x=45π,
两种情形各出现一次。
(2) 的区间整段单调,最值就在两端。换元之后先定 u 的范围,再看它有没有跨过所求函数自己的单调分界点
——sinu 的分界点是 2π+kπ,cosu 的是 kπ,别把两者混用。
习题 5.4 第 11 题
- 根据正弦函数、余弦函数的图象,写出使下列不等式成立的 x 的取值集合:(1) sinx⩾23(x∈R);(2) 2+2cosx⩾0(x∈R)。
(1) 先在一个周期里解。sinx=23 在 [0,2π) 上的解是 x=3π 与 32π;
由正弦曲线,两者之间那一段(波峰所在的一段)上 sinx⩾23。
再加上周期 2kπ:
{x3π+2kπ⩽x⩽32π+2kπ, k∈Z}.
(2) 先把不等式化成标准形状:
2+2cosx⩾0⟺cosx⩾−22.
cosx=−22 在 [−π,π) 上的解是 x=±43π;
由余弦曲线,两者之间那一段(含波峰 x=0 的一段)上 cosx⩾−22。加上周期:
{x−43π+2kπ⩽x⩽43π+2kπ, k∈Z}.
核一个点:(2) 取 x=π(不在解集里),2+2cosπ=2−2<0 ✓ 确实不满足;
取 x=0(在解集里),2+2>0 ✓。
习题 5.4 第 12 题
- 下列四个函数中,以 π 为最小正周期,且在区间 (2π,π) 上单调递减的是().
(A) y=∣sinx∣ (B) y=cosx (C) y=tanx (D) y=cos2x
答案:(A)。
逐个验两条(最小正周期是 π;在 (2π,π) 上递减)。
- (A) y=∣sinx∣。 周期:∣sin(x+π)∣=∣−sinx∣=∣sinx∣,故 π 是周期;
又图象在 (0,π) 上是一个完整的拱、在 (π,2π) 上重复,比 π 更小的正数不是周期
(若 0<T<π 是周期,取 x=0 得 ∣sinT∣=0,只能 T=π 的倍数,矛盾),
所以最小正周期是 π ✓。
单调性:在 (2π,π) 上 sinx>0,故 ∣sinx∣=sinx,
而 sinx 在这一段上递减 ✓。两条都满足。
- (B) y=cosx。 最小正周期是 2π,不是 π ✗。
- (C) y=tanx。 最小正周期确实是 π,但它在 (2π,π) 上单调递增 ✗。
- (D) y=cos2x。 最小正周期是 1/22π=4π ✗。
习题 5.4 第 13 题
- 若 x 是斜三角形的一个内角,写出使下列不等式成立的 x 的集合:(1) 1+tanx⩽0 (2) tanx−3⩾0.
先把”斜三角形的一个内角”翻译成范围。 斜三角形是不含直角的三角形,
所以它的每一个内角都满足
0<x<π且x=2π
(x=2π 也正好保证 tanx 有意义)。这一段被 2π 分成两支:
(0,2π) 与 (2π,π),正切在每一支上单调递增。
(1) 不等式即 tanx⩽−1。因为在 (0,2π) 上 tanx>0,
这一支无解;只能在 (2π,π) 上找。在这一支上 tanx 从 −∞ 增到 0,
且 tan43π=−1,故
tanx⩽−1⟺2π<x⩽43π.
集合是 {x2π<x⩽43π}。
(2) 不等式即 tanx⩾3。在 (2π,π) 上 tanx<0,无解;
在 (0,2π) 上 tanx 从 0 增到 +∞,且 tan3π=3,故
tanx⩾3⟺3π⩽x<2π.
集合是 {x3π⩽x<2π}。
两小问都要先按支分类:正切在整个 (0,π) 上并不单调,直接解不等式会把答案解错。
习题 5.4 第 14 题
- 求函数 y=−tan(2x−43π) 的单调区间.
先定定义域:2x−43π=2π+kπ,即
2x=45π+kπ,x=85π+2kπ(k∈Z)。
再定增减:令 u=2x−43π。tanu 在每一个
(−2π+kπ, 2π+kπ) 上单调递增,
而 y=−tanu 前面有一个负号,增减翻过来,所以 y 在这些区间对应的 x 上单调递减。
解不等式:
−2π+kπ<2x−43π<2π+kπ.
三边同加 43π:
4π+kπ<2x<45π+kπ;
三边同除以 2:
8π+2kπ<x<85π+2kπ.
所以 y 的单调递减区间是
(8π+2kπ, 85π+2kπ),k∈Z,
没有单调递增区间。(这些开区间的两个端点正好是上面算出的排除点与相邻的排除点,
所以区间必须是开的。)
习题 5.4 第 15 题
- 已知函数 y=f(x) 是定义在 R 上周期为 2 的奇函数,若 f(0.5)=1 ,求 f(1) , f(3.5) 的值.
求 f(1)。 用周期把 1 挪到 −1:f(1)=f(1−2)=f(−1);
又 f 是奇函数,f(−1)=−f(1)。于是
f(1)=−f(1)⟹2f(1)=0⟹f(1)=0.
求 f(3.5)。 先用周期减两次,再用奇性:
f(3.5)=f(3.5−2)=f(1.5)=f(1.5−2)=f(−0.5)=−f(0.5)=−1.
核一遍:3.5−4=−0.5,直接减两个周期也是 f(−0.5)=−1 ✓,两条路一致。
这道题的关键动作:周期用来”平移”,奇偶用来”翻折”,两者配合可以把任何一点搬到已知的那一点上。
第一问还额外用了一个常见结论——周期为 2 的奇函数在 x=1(半周期处)的值必为 0。
习题 5.4 第 16 题
- 已知函数 f(x)=21sin(2x−3π) , x∈R ,
(1) 求 f(x) 的最小正周期;
(2) 求 f(x) 在区间 [−4π,4π] 上的最大值和最小值.
(1) ω=2,故
T=∣ω∣2π=22π=π.
(2) 整体换元。 令 u=2x−3π。当 x 从 −4π 变到 4π 时,
u∈[2(−4π)−3π, 2⋅4π−3π]=[−2π−3π, 2π−3π]=[−65π, 6π].
在这一段上 sinu 怎么走:sinu 在 [−65π,−2π] 上递减、
在 [−2π,6π] 上递增。所以
- 最小值在 u=−2π 处取到:sin(−2π)=−1;
- 最大值在两个端点里挑较大的:sin(−65π)=−21,
sin6π=21,故最大值是 21,在 u=6π 处取到。
于是 f=21sinu 的
fmax=21×21=41,fmin=21×(−1)=−21.
取到的 x:u=6π 时 2x−3π=6π,得 x=4π(右端点);
u=−2π 时 2x−3π=−2π,得 2x=−6π,x=−12π。
两个都落在 [−4π,4π] 内 ✓。
所以最大值是 41(在 x=4π 处),最小值是 −21(在 x=−12π 处)。
这道题的关键动作:换元之后先看 u 的范围有没有跨过极值点 −2π——
跨过了,最值就不全在端点上。
习题 5.4 第 17 题
- 在直角坐标系中,已知 ⊙O 是以原点 O 为圆心,半径长为2的圆,角 x(rad) 的终边与 ⊙O 的交点为 B ,求点 B 的纵坐标 y 关于 x 的函数解析式,并借助信息技术画出其图象.
求解析式。 设 B 的坐标为 (xB,y)。由三角函数的定义(终边上一点,到原点的距离为 r):
sinx=ry=2y⟹y=2sinx.
角 x 可以取任意实数(终边随时可以转到任何位置),所以
y=2sinx,x∈R.
图象该画成什么样。 它是正弦曲线纵坐标伸长到原来的 2 倍的样子:
振幅 2、最小正周期 2π、值域 [−2,2]。取一个周期 [0,2π] 的五个关键点:
| x | 0 | 2π | π | 23π | 2π |
|---|
| y | 0 | 2 | 0 | −2 | 0 |
描点连成光滑曲线,再按周期 2π 向左右无限延拓即可。
核一个位置:x=2π 时终边是 y 轴正半轴,B=(0,2),纵坐标 2 ✓。
习题 5.4 第 18 题
- 已知函数 y=f(x) (x∈R) 是周期函数,周期为 2,其部分图象如图所示,
(1) 写出函数 y=f(x) 的解析式;
(2) 画出函数 y=f(x+1) 的图象.
题面里的”如图”是本节页面上方第 221 页扫描图里第 18 题那一幅。
先把图上读到的条件列出来(读者可对着那张图核):
- 图象是一条折线(由线段接成),呈一个个等高的三角形波;
- 横轴上标出了 −1 与 1,纵轴上标出了 1;
- 折线在 x=−1、x=1 处到达波峰,峰高为 1;
- 折线在 x=0 处触到 x 轴(取值 0),在 x=−2、x=2 处同样触到 x 轴;
- 峰与谷之间都是直线段。
以下只用这五条读数。
(1) 写解析式。 由读数 3、4、5,在 [−1,1] 上图象是”从 (−1,1) 直线降到 (0,0)、
再直线升到 (1,1)“,也就是
f(x)=∣x∣,x∈[−1,1].
再由周期为 2,把这一段每隔 2 复制一次即可。写成一个式子就是
f(x)=∣x−2k∣,x∈[2k−1, 2k+1], k∈Z.
核一遍:k=0 给出 [−1,1] 上的 ∣x∣ ✓;k=1 给出 [1,3] 上的 ∣x−2∣,
其在 x=1 处为 1、x=2 处为 0、x=3 处为 1,与图上第二个波形相符 ✓;
两段在 x=1 处都取 1,接得上 ✓。
(2) y=f(x+1) 的图象该画成什么样。
把 x 换成 x+1,就是把 y=f(x) 的图象向左平移 1 个单位。于是:
- 原来的波峰在 x=±1,±3,…(奇数),左移后落在 x=0,±2,±4,…(偶数);
- 原来的零点在 x=0,±2,…(偶数),左移后落在 x=±1,±3,…(奇数)。
所以 y=f(x+1) 的图象仍是同样的三角形波、周期仍是 2、峰高仍是 1,
只是峰与零点的位置互换:在每个偶数点取到峰值 1,在每个奇数点取到 0。
写成解析式就是
f(x+1)=∣x−(2k−1)∣,x∈[2k−2, 2k], k∈Z,
例如在 [−1,1] 上它等于 1−∣x∣。
核一个点:f(0+1)=f(1)=∣1∣=1,而新图象在 x=0 处正是峰值 1 ✓。
习题 5.4 第 19 题
- 容易知道,正弦函数 y=sinx 是奇函数,正弦曲线关于原点对称,即原点是正弦曲
线的对称中心。除原点外,正弦曲线还有其他对称中心吗?如果有,那么对称中心的坐标是什么?另外,正弦曲线是轴对称图形吗?如果是,那么对称轴的方程是什么?你能用已经学过的正弦函数性质解释上述现象吗?对余弦函数和正切函数,讨论上述同样的问题。
先给结论,再逐条说明理由。
函数y=sinxy=cosxy=tanx对称中心(kπ, 0), k∈Z(2π+kπ, 0), k∈Z(2kπ, 0), k∈Z对称轴x=2π+kπ, k∈Zx=kπ, k∈Z没有对称轴
正弦曲线:除原点外还有其他对称中心,就是所有的零点。
-
对称中心。 要证 (kπ,0) 是对称中心,只需验证对任意实数 t 都有
sin(kπ+t)+sin(kπ−t)=0.
分两种情形算:k 为偶数时 kπ 是 2π 的整数倍,两式分别是 sint 与 sin(−t)=−sint,
和为 0;k 为奇数时 kπ 比 2π 的整数倍多一个 π,
两式分别是 sin(π+t)=−sint 与 sin(π−t)=sint,和仍为 0。
所以曲线上关于点 (kπ,0) 对称的两点纵坐标互为相反数,(kπ,0) 确是对称中心。
它们正好是正弦曲线的全部零点。
-
对称轴。 要证直线 x=2π+kπ 是对称轴,只需验证
sin(2π+kπ+t)=sin(2π+kπ−t)
对任意 t 成立。k 为偶数时两边分别是 cost 与 cost(公式六与公式五);
k 为奇数时两边分别是 −cost 与 −cost。两种情形都相等,故它们是对称轴。
这些直线正好过正弦曲线的最高点与最低点。
余弦曲线:把上面两条各平移 2π。 因为 cosx=sin(x+2π),
余弦曲线就是正弦曲线左移 2π,所以对称中心与对称轴也各左移 2π:
对称中心是 (2π+kπ, 0)(余弦的零点),
对称轴是 x=kπ(过最高点与最低点)。
正切曲线:只有对称中心,没有对称轴。
- 对称中心是 (2kπ, 0)——注意是每 2π 一个,比周期还密一倍:
k 为偶数时那些点是曲线的零点 (k′π,0),k 为奇数时那些点落在渐近线
x=2π+k′π 上(曲线在那里断开,但两侧的支关于该点成中心对称)。
验证同样只需 tan(2kπ+t)+tan(2kπ−t)=0
(在两边都有意义处),由 tan 的奇性与周期 π 即得。
- 没有对称轴:若存在对称轴 x=a,则 tan(a+t)=tan(a−t) 对一切合法的 t 成立;
取 t 充分小,左边随 t 增大而增大、右边随 t 增大而减小(正切在每一支上严格递增),
两者不可能恒相等。所以正切曲线不是轴对称图形。
总结成一句好记的话:对称中心在零点(正切还多一半在渐近线上),对称轴过最高点与最低点;正切没有最高最低点,所以它没有对称轴。