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例題精講 · 第 00190 題 · 自編圖象兩題·先讀振幅週期,再用「升降」定 φ 的兩解

給一張三角函數圖象求解析式,失分多不在公式,而在最後一步:由某點代入求 φ 時會得到兩個候選值,必須借該點處的升降趨勢(導數符號)捨去一個。本文用一組自編圖象信息配兩道題,完整示範「A 由最值定、ω 由週期定、φ 由特殊點定並用單調性取捨」的三步法,再求單調區間與指定點函數值做回代驗算。每題給答案、逐項解析、採分點與易錯點,附參數確定流程表。圖象數據為自編示意,全部經解析式回代驗證。

00190題號全 1000 篇 · 第 第32輪 / 第32冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

由圖象求解析式,三個參數各有各的入口,別混著猜:A 看最值(A = (最大值 − 最小值)/2,A > 0)、ω 看週期(ω = 2π/T,T 由相鄰兩個同相位點——如相鄰兩個最大值——的橫座標差得到)、φ 看特殊點(把最值點或零點代入,解出 φ 的通解再取 |φ| < π 或題給範圍內的值)。

最容易丟分的是第三步:代入一個非最值點時,sin θ = 某個非 ±1 的值會給出兩個 φ 候選。此時必須用該點處圖象的升降趨勢——也就是 f′(x) = Aω cos(ωx + φ) 的符號——捨去一個。下面圖象信息為自編示意,全部經解析式回代驗證。

二、逐題精講

題1

題1 三步定參(含 φ 的兩解取捨)

自編圖象信息:函數 f(x) = A sin(ωx + φ)(A > 0,ω > 0,|φ| < π/2)的部分圖象滿足:最大值為 3、最小值為 −3;相鄰兩個最大值點橫座標分別為 π/6 與 7π/6;圖象過點 (0, 3/2),且在該點處單調遞增。

(1) 求 A、ω;(2) 求 φ 並說明舍根理由;(3) 寫出解析式並回代檢驗點 (0, 3/2)。

解析

(1) A = (3 − (−3))/2 = 3。
相鄰兩個最大值點間距即週期 T = 7π/6 − π/6 = π,故 ω = 2π/T = 2π/π = 2。

(2) 此時 f(x) = 3 sin(2x + φ)。代入 (0, 3/2):3 sin φ = 3/2 → sin φ = 1/2。
在 |φ| < π/2 內,候選為 φ = π/6;若不限制範圍,另一解為 φ = 5π/6 + 2kπ(一般地 φ = π/6 + 2kπ 或 φ = 5π/6 + 2kπ)。
用升降趨勢舍根:f′(x) = 3·2·cos(2x + φ) = 6 cos(2x + φ)。在 x = 0 處圖象遞增,需 f′(0) = 6 cos φ > 0。
φ = π/6 時 cos(π/6) = √3/2 > 0 ✓;φ = 5π/6 時 cos(5π/6) = −√3/2 < 0,對應遞減 ✗,捨去。
(也可借最值點直接定:x = π/6 處取最大值 3,故 2·(π/6) + φ = π/2 + 2kπ → φ = π/6 + 2kπ,取 |φ| < π/2 得 φ = π/6,一步到位;兩條路徑互相印證。)

(3) f(x) = 3 sin(2x + π/6)。
回代:f(0) = 3 sin(π/6) = 3×(1/2) = 3/2 ✓;f′(0) = 6 cos(π/6) = 3√3 > 0,確實遞增 ✓;f(π/6) = 3 sin(π/3 + π/6) = 3 sin(π/2) = 3,為最大值 ✓;f(7π/6) = 3 sin(7π/3 + π/6) = 3 sin(5π/2) = 3 ✓。四項全對,解析式成立。

答案 (1) A = 3,ω = 2;(2) φ = π/6(舍 φ = 5π/6,因 x=0 處需 f′>0 而 cos(5π/6)<0);(3) f(x) = 3sin(2x + π/6),四點回代均成立。

採分點 A 由最值求出 1 分;T 由相鄰最值點求出 1 分;ω = 2π/T 1 分;代入 (0,3/2) 得 sinφ=1/2 1 分;寫出兩候選 1 分;用 f′(0)>0 舍根 2 分;解析式 1 分;回代檢驗 2 分。

易錯點 把 A 寫成 6(忘記除以 2);把相鄰最大值間距當成半週期 T/2;sinφ=1/2 只寫一個解、不討論取捨;用「φ 取銳角」這種直覺代替導數符號;忘記檢驗 f(7π/6) 是否也是最大值。

題2

題2 單調區間與指定點求值(兩路互驗)

承接題1。(1) 求 f(x) 的單調遞增區間;(2) 求 f(π/12),並用「相位疊加」與「和角公式」兩路驗算;(3) 若把題1 中「x=0 處遞增」改為「遞減」,φ 應取哪個值?

解析

(1) 令 −π/2 + 2kπ ≤ 2x + π/6 ≤ π/2 + 2kπ(k ∈ Z):
−π/2 − π/6 + 2kπ ≤ 2x ≤ π/2 − π/6 + 2kπ → −2π/3 + 2kπ ≤ 2x ≤ π/3 + 2kπ,
除以 2 得 −π/3 + kπ ≤ x ≤ π/6 + kπ(k ∈ Z)。注意週期是 π,所以區間也按 kπ 重複,不是 2kπ,這是常見錯。

回代驗區間:取 k = 0 得 [−π/3, π/6],x = 0 在其中且 f′(0) > 0 ✓;端點 x = π/6 處相位 = π/2,正是最大值點,符合「增到最值」✓。

(2) 第一路(相位疊加):f(π/12) = 3 sin(2·π/12 + π/6) = 3 sin(π/6 + π/6) = 3 sin(π/3) = 3√3/2 ≈ 2.598。
第二路(和角公式):3 sin(2x + π/6) = 3[ sin2x cos(π/6) + cos2x sin(π/6) ]。x = π/12 時 2x = π/6,故 = 3[ (1/2)(√3/2) + (√3/2)(1/2) ] = 3[ √3/4 + √3/4 ] = 3·√3/2 = 3√3/2 ✓ 兩路一致。且 3√3/2 < 3,符合最大值上界。

(3) sin φ = 1/2 不變,但需 f′(0) = 6 cos φ < 0,故取 φ = 5π/6(cos(5π/6) = −√3/2 < 0)。此時解析式為 f(x) = 3 sin(2x + 5π/6),f(0) 仍為 3/2 但曲線下行;同時最值點會移到 x = −π/6 等位置,與題1 給的「最大值點在 π/6」不再相容——所以要寫明:若只改升降條件、保留其它圖象信息,則條件集自相矛盾;若只保留「過 (0,3/2) 且遞減」,答案才是 φ = 5π/6。這一句能體現「改一個條件要看它和其餘條件是否還相容」。

答案 (1) 增區間 [−π/3 + kπ, π/6 + kπ],k∈Z;(2) f(π/12)=3√3/2,相位疊加與和角公式兩路一致;(3) 僅保留「過(0,3/2)且遞減」時 φ=5π/6,但與題1 的最值點條件不相容。

採分點 不等式列寫 2 分;解得區間並注意 kπ 1 分;端點回代驗 1 分;f(π/12) 數值 1 分;和角公式第二路 2 分;(3) 取值 1 分;指出條件衝突 2 分。

易錯點 增區間寫成 k·2π(忘了 ω=2 使週期減半);和角公式把 cos(π/6) 與 sin(π/6) 代反;(3) 直接給 φ=5π/6 卻不指出與「最值點在 π/6」矛盾;區間端點寫成開區間(最值點處導數為 0,區間仍可取閉)。

三、規律小結與對照表

參數入口本題結果驗證方式
AA=(最大值−最小值)/23f(π/6)=3 為最大值
T相鄰同相位點(兩最大值)橫座標差πf(7π/6)−f(π/6) 同相
ωω = 2π/T2代入週期定義回算
φ特殊點代入 + 升降趨勢定解π/6f(0)=3/2 且 f′(0)=3√3>0
舍根f′(x)=Aω cos(ωx+φ) 的符號舍 5π/6cos(5π/6)<0 與遞增矛盾
單調區間解 −π/2+2kπ ≤ ωx+φ ≤ π/2+2kπ[−π/3+kπ, π/6+kπ]端點相位恰為 ±π/2

圖象求解析式的穩妥節奏是「A 看最值、ω 看週期、φ 看點+看升降」,最後一定要把求出的式子代回所有已知點驗一遍。尤其是 φ 的兩解取捨,別憑「取個銳角順眼」——用 f′ 的符號,一步就能定死。本題圖象信息與數據均為自編示意,全部經解析式回代驗證。

四、自測清單

  • A 用最大值與最小值之差的一半,別直接用最大值
  • 週期取相鄰兩個「同相位點」的距離,不是相鄰零點
  • φ 由特殊點代入後,若 sin 值非 ±1 必有兩組候選,必須討論
  • 取捨用該點處 f′ 的符號(遞增 cos>0、遞減 cos<0),不靠直覺
  • 求單調區間後檢查重複週期是 kπ 還是 2kπ(由 ω 決定)
  • 把解析式代回全部已知點,含最值點、零點與升降點
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):導數及其應用、三角函數、解三角形與數列相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招數學·由三角函數圖象確定 y = A sin(ωx + φ) 的參數
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