浙江 2025 · 数学 q04

题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

浙江 2025 · 数学 q04 原卷截图(含答案)

文字转写(题面 + 答案)

题面

  1. 若点 (a,0)(a>0)(a,0)(a > 0) 是函数 y=2tan⁡(x−π3)y = 2\tan \left(x - \frac{\pi}{3}\right) 的图象的一个对称中心,则 aa 的最小值为()
    A. π4\frac{\pi}{4}
    B. π2\frac{\pi}{2}
    C. π3\frac{\pi}{3}
    D. 4π3\frac{4\pi}{3}

答案

C

本题的知识树

6 概念 · 2 公式 · 1 题型 · 1 套路 · 1 易错点 · 最深 4 层。长链是构建期派生的,源文件里只有最小一步。

攻略(零基础 → 会做)

正切函数的对称中心 · 套现成通式,或从定义自己推 · 最终答案:C

先看清楚:「对称中心」这四个字要求什么

假设你刚学正切。题面只有一句话,但里头有三件事得先弄明白。

第一件:什么叫图象的对称中心。 把图象绕着点 PP 转 180∘180^\circ,若转完与原图象完全重合,PP 就是它的一个对称中心。转 180∘180^\circ 等于「以 PP 为中点把每个点反射过去」,所以当 P=(a,0)P=(a,0) 落在横轴上时,这句话写成式子就是

f(a+t)+f(a−t)=0(对一切使两边都有定义的 t)f(a+t)+f(a-t)=0\qquad(\text{对一切使两边都有定义的 }t)

左右等距的那两个点,纵坐标互为相反数——它们的中点恰好是 (a,0)(a,0)。这个式子是本题唯一的出发点,两条路都从它长出来。

第二件:前面的系数 22 与这件事无关。 本题 f(x)=2tan⁡ ⁣(x−π3)f(x)=2\tan\!\left(x-\dfrac{\pi}{3}\right),上式两边同除以 22 就把它约掉了。22 只把图象竖直拉伸,不动任何一个对称中心。所以下面只需盯住 tan⁡ ⁣(x−π3)\tan\!\left(x-\dfrac{\pi}{3}\right)。

第三件:要的是「最小的正 aa」。 注意这句话的分量——对称中心不是一个点,而是一整族(正切有无穷多个),所以必须先把全族写出来,再从里面挑最小的正数。撞见一个就交卷,很可能不是最小的那个。

下面两条路。解法一套一句现成的通式,最短;解法二一句结论都不用背,直接从上面那个定义式把通式现场推出来——考场上记不准通式时,这条路是你的保险。

解法一:整体代换套通式

怎么想到的。 括号里那一整块 x−π3x-\dfrac{\pi}{3} 只是「把自变量换了个名字」:令 u=x−π3u=x-\dfrac{\pi}{3},函数就退回最基本的 y=2tan⁡uy=2\tan u。基本函数的对称中心是一句可以背下来的话,套上去、再把 uu 解回 xx 就完了。这套「设整体 → 套通式 → 解回 xx」就是整体代换,y=Asin⁡(ωx+φ)y=A\sin(\omega x+\varphi) 那一类题也全用它。

第一步:基本函数的通式(别只记一半)。 y=tan⁡uy=\tan u 周期是 π\pi、是奇函数,图象在 u=π2+kπu=\dfrac{\pi}{2}+k\pi 处断开(那里有竖直渐近线)。它的对称中心有两类:

  • 零点处 (kπ, 0)(k\pi,\,0):图象从这一点穿过横轴,绕它转 180∘180^\circ 与自己重合(奇函数加上周期性);
  • 渐近线处 (π2+kπ, 0)\left(\dfrac{\pi}{2}+k\pi,\,0\right):两支之间的那个「断口」也是中心——左边一支冲向 +∞+\infty、右边一支从 −∞-\infty 上来,绕断口转半圈正好换位。

对称中心不必是图象上的点,所以第二类一点也不矛盾。两类合起来正是正切函数的对称中心

u=kπ2,k∈Zu=\frac{k\pi}{2},\qquad k\in\mathbb{Z}

分母那个 22 就是「两类各占一半」留下的痕迹。只记零点 u=kπu=k\pi 会漏掉一半中心——这是本题最容易踩的地方。

第二步:代换、解回 xx。 把 u=x−π3u=x-\dfrac{\pi}{3} 代进通式:

x−π3=kπ2 ⟹ x=π3+kπ2,k∈Zx-\frac{\pi}{3}=\frac{k\pi}{2}\ \Longrightarrow\ x=\frac{\pi}{3}+\frac{k\pi}{2},\qquad k\in\mathbb{Z}

也就是说,y=2tan⁡ ⁣(x−π3)y=2\tan\!\left(x-\dfrac{\pi}{3}\right) 的对称中心是 (π3+kπ2, 0)\left(\dfrac{\pi}{3}+\dfrac{k\pi}{2},\,0\right)。题目里的 aa 只能取这一族里的值。

解法二:回到定义现推通式

怎么想到的。 解法一第一步那句「u=kπ2u=\dfrac{k\pi}{2}」是背来的,而它偏偏最容易记错:到底是 kπk\pi 还是 kπ2\dfrac{k\pi}{2}?与其赌记性,不如当场推。推的依据只有开头那个定义式,一条关于正切的现成结论都不需要。

第一步:把定义式写出来。 记 c=a−π3c=a-\dfrac{\pi}{3}(等于把待定的那个点搬到括号里面去)。约掉系数 22 后,(a,0)(a,0) 是对称中心这件事就是:对一切使两边有定义的 tt,

tan⁡(c+t)+tan⁡(c−t)=0\tan(c+t)+\tan(c-t)=0

难点在「对一切 tt」——一个含 tt 的式子要恒等于 00,光代几个 tt 试是不够的,得把它整体算出来。

第二步:通分合并(这一步是全解法的枢纽)。 把两个正切按 tan⁡=sin⁡cos⁡\tan=\dfrac{\sin}{\cos} 通分:

tan⁡(c+t)+tan⁡(c−t)=sin⁡(c+t)cos⁡(c−t)+cos⁡(c+t)sin⁡(c−t)cos⁡(c+t)cos⁡(c−t)\tan(c+t)+\tan(c-t)=\frac{\sin(c+t)\cos(c-t)+\cos(c+t)\sin(c-t)}{\cos(c+t)\cos(c-t)}

分子正好是和角公式 sin⁡αcos⁡β+cos⁡αsin⁡β=sin⁡(α+β)\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta=\sin(\alpha+\beta) 的样子,取 α=c+t\alpha=c+t、β=c−t\beta=c-t,两者一加 tt 就抵消了:

tan⁡(c+t)+tan⁡(c−t)=sin⁡2ccos⁡(c+t)cos⁡(c−t)\tan(c+t)+\tan(c-t)=\frac{\sin 2c}{\cos(c+t)\cos(c-t)}

分子里 tt 没了。 这就是值得通分的理由——含 tt 的东西全被赶进分母。

第三步:让它对一切 tt 恒为 00。 分子与 tt 无关,分母只在个别 tt 处为 00(那几个 tt 本来就不在讨论范围里,因为那时 tan⁡\tan 没定义)。所以整个分式恒为 00 当且仅当

sin⁡2c=0\sin 2c=0

第四步:解出来,顺带看清「两类中心」是从哪儿来的。 用二倍角公式 sin⁡2c=2sin⁡ccos⁡c\sin 2c=2\sin c\cos c:

2sin⁡ccos⁡c=0 ⟺ sin⁡c=0 或 cos⁡c=02\sin c\cos c=0\ \Longleftrightarrow\ \sin c=0\ \text{或}\ \cos c=0 ⟺ c=kπ (正切的零点)或c=π2+kπ (正切的渐近线)\Longleftrightarrow\ c=k\pi\ (\text{正切的零点})\quad\text{或}\quad c=\frac{\pi}{2}+k\pi\ (\text{正切的渐近线})

两族并起来,间隔恰好是 π2\dfrac{\pi}{2}:

c=kπ2,k∈Zc=\frac{k\pi}{2},\qquad k\in\mathbb{Z}

这正是解法一背下来的那句话,现在它是算出来的——而且顺带解释了为什么分母是 22:sin⁡c=0\sin c=0 给零点那一类,cos⁡c=0\cos c=0 给渐近线那一类,一族都不能丢。代回 c=a−π3c=a-\dfrac{\pi}{3}:

a=π3+kπ2,k∈Za=\frac{\pi}{3}+\frac{k\pi}{2},\qquad k\in\mathbb{Z}

这两条路差在哪。 解法一是用结论:认出「Atan⁡(ωx+φ)A\tan(\omega x+\varphi) 型 + 求对称中心」这个组合,套通式,三行写完;代价是通式记错就整题错,而它恰恰是最容易记成 kπk\pi 的一句。解法二是造结论:只用对称中心的定义 + 和角公式,把通式当场造出来;慢一些,但它对 sin⁡\sin、cos⁡\cos、tan⁡\tan 一视同仁——换成 y=sin⁡(2x+1)y=\sin(2x+1),把 f(a+t)+f(a−t)f(a+t)+f(a-t) 照样用和角公式展开、让与 tt 无关的那个因子为零,条件一样算得出来——而且它把「为什么正切多出渐近线那一族」这件事讲清楚了——记住这个推法,就再也不必赌自己记得住哪一句。

合流:在这一族里挑最小的正数

两条路给出同一族值:

a=π3+kπ2,k∈Za=\frac{\pi}{3}+\frac{k\pi}{2},\qquad k\in\mathbb{Z}

族里的数每隔 π2\dfrac{\pi}{2} 出现一个,逐个试 kk:

k=−1: −π6 (<0, 舍);k=0: π3;k=1: 5π6;k=2: 4π3k=-1:\ -\frac{\pi}{6}\ (<0,\ \text{舍});\qquad k=0:\ \frac{\pi}{3};\qquad k=1:\ \frac{5\pi}{6};\qquad k=2:\ \frac{4\pi}{3}

从 k=−1k=-1 的 −π6-\dfrac{\pi}{6} 直接跳到 k=0k=0 的 π3\dfrac{\pi}{3},中间没有别的值,所以

amin⁡=π3a_{\min}=\frac{\pi}{3}

教学图:y=2tan(x−π/3) 的图象,两条竖直点线画出可见的两条渐近线(x=−π/6 与 x=5π/6)。整族对称中心 x=π/3+kπ/2 在 x 轴上各打一个黑点——零点处(π/3、4π/3)与渐近线处(−π/6、5π/6)都是中心,横轴刻度就标着这几个值。官方答案 π/3 那个点换成加粗的绿点。三个非答案选项各从自己那个横坐标上立一根同色虚杆、杆头写一句由计算得出的评语:A. π/4 与 B. π/2 是红色的「不是对称中心」(两根杆脚下都踩空,轴上没有黑点),D. 4π/3 是绿色的「是对称中心,但更大」(杆脚正踩在黑点上)。−π/6 那个黑点右上方一句灰字「−π/6:为负,舍」。绿点右下方结论一句:「官方答案 C:a 的最小值 = π/3(族里最小的正数)」

图上还能看出一件事:k=0k=0 那个中心 π3\dfrac{\pi}{3} 是零点型的(曲线从它穿过横轴),而 k=1k=1 那个 5π6\dfrac{5\pi}{6} 是渐近线型的(曲线在那里断开)——两类中心交替出现,这就是间隔为 π2\dfrac{\pi}{2} 而不是 π\pi 的样子。

对照选项。 A. π4\dfrac{\pi}{4}、B. π2\dfrac{\pi}{2}、C. π3\dfrac{\pi}{3}、D. 4π3\dfrac{4\pi}{3},最小值 π3\dfrac{\pi}{3} 对应 C,故选 C。

🕳️ 避坑

  • 干扰项 A、B 压根不是对称中心:把 x=π4x=\dfrac{\pi}{4} 代进括号得 π4−π3=−π12\dfrac{\pi}{4}-\dfrac{\pi}{3}=-\dfrac{\pi}{12},不是 kπ2\dfrac{k\pi}{2} 的形式;x=π2x=\dfrac{\pi}{2} 代进去得 π6\dfrac{\pi}{6},同样不是。别被「看起来更小」骗了——先验它是不是中心,再比大小。
  • 只记零点 u=kπu=k\pi 是这类题的头号失分点。本题即便只记零点也恰好得 π3\dfrac{\pi}{3}(最小正中心正好是零点型的那个),蒙对了不等于会了:把题面换成 y=2tan⁡ ⁣(x+π4)y=2\tan\!\left(x+\dfrac{\pi}{4}\right),最小正中心是渐近线型的 π4\dfrac{\pi}{4},只记零点就会答成 3π4\dfrac{3\pi}{4}。
  • 系数 22 是竖直放缩,不改变任何一个中心的横坐标;若误以为它把横坐标也缩了,整族值都会算歪。
  • 「是对称中心」不等于「是最小正的对称中心」:D 给的 4π3\dfrac{4\pi}{3}(k=2k=2)确实是一个中心,只是更大;k=−1k=-1 给的 −π6-\dfrac{\pi}{6} 也确实是中心,但它是负的、被 a>0a>0 挡在门外。求最小正值就得在整族里逐个试 kk。
  • 走解法二时别急着「代几个 tt 试试」:恒等式要对一切 tt 成立,代两三个数只能证伪、不能证成立。老老实实通分,把 tt 逼进分母。

本题涉及的教材页

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