三角函数对称性[奇偶性]


前言

常用结论

  • 函数\(f(x)=sinx\)\(g(x)=Asinx\)\(h(x)=sin\omega x\)\(f(x)=Asin\omega x\)都是奇函数;

  • 函数\(f(x)=cosx\)\(g(x)=Acosx\)\(h(x)=cos\omega x\)\(f(x)=Acos\omega x\)都是偶函数;

  • 函数\(f(x)=Asin(\omega x+\phi)\)为奇函数,则需要\(sin\phi=0\),或者\(\phi=k\pi,k\in Z\)

  • 函数\(f(x)=Asin(\omega x+\phi)\)为偶函数,则需要\(sin\phi=\pm 1\),或者\(\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2},k\in Z\)

高阶链接

破解正弦型函数参数的取值范围

对称性

例1 \(y=2sin(2x+\cfrac{\pi}{6})+1\)的对称性;

分析:这种方法可以求得函数的一族对称轴方程和一族对称中心坐标;

\(2x+\cfrac{\pi}{6}=k\pi+\cfrac{\pi}{2}(k\in Z)\)

解得对称轴方程为:\(x=\cfrac{k\pi}{2}+\cfrac{\pi}{6}(k\in Z)\)

求对称中心,先利用\(y=sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\)求对称中心,最后补充\(+1\)

\(2x+\cfrac{\pi}{6}=k\pi(k\in Z)\),解得\(x=\cfrac{k\pi}{2}-\cfrac{\pi}{12}(k\in Z)\)

故对称中心坐标为\((\cfrac{k\pi}{2}-\cfrac{\pi}{12},1)(k\in Z)\)

例2 【2018云南玉溪一模】函数\(f(x)=\sqrt{3}sin2x+2cos^2x\)的一条对称轴为直线【】

$A、x=\cfrac{\pi}{12}$ $B、x=\cfrac{\pi}{6}$ $C、x=\cfrac{\pi}{3}$ $D、x=\cfrac{\pi}{2}$

分析:验证法,先变形得到\(f(x)=2sin(2x+\cfrac{\pi}{6})+1\),利用函数在对称轴处的函数值能取到最值,故只需验证即可,

比如,将\(x=\cfrac{\pi}{12}\)代入\(sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\),即\(sin\cfrac{\pi}{3}\),并不能使得其取到最值\(\pm 1\),故舍去\(A\)

\(x=\cfrac{\pi}{6}\)代入\(sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\),即\(sin\cfrac{\pi}{2}\),能使得其取到最值\(+1\),故\(B\)必然满足;用同样的方法可以验证其余的选项错误;

例3 【三轮模拟考试理科用题】已知函数\(f(x)=sinx+acosx\)的图像的一条对称轴是\(x=\cfrac{5\pi}{3}\),则函数\(g(x)=asinx+cosx\)的最大值是_________.

分析:\(f(x)=sinx+acosx=\sqrt{a^2+1}sin(x+\phi),tan\phi =a\)

由题目可知,\(\cfrac{5\pi}{3}+\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2}\)

\(\phi=k\pi+\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{5\pi}{3}=k\pi-\cfrac{7\pi}{6}\)

由于\(\phi\)的值只需要考虑其存在性,故从简原则,

\(k=1\)\(\phi=-\cfrac{\pi}{6}\),从而\(a=tan\phi=tan(-\cfrac{\pi}{6})=-\cfrac{\sqrt{3}}{3}\)

所以\(g(x)=-\cfrac{\sqrt{3}}{3}sinx+cosx=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}sin(x+\theta),tan\theta=-\sqrt{3}\)

\(g(x)_{max}=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}\).



典型例题

例1 函数\(f(x)=2cos(\omega x+\phi)(\omega\neq 0)\)对任意\(x\)都有\(f(\cfrac{\pi}{4}+x)=f(\cfrac{\pi}{4}-x)\)成立,则\(f(\cfrac{\pi}{4})\)的值为【】

$A、2或0$ $B、-2或2$ $C、0$ $D、-2或0$

分析:由任意\(x\)都有\(f(\cfrac{\pi}{4}+x)=f(\cfrac{\pi}{4}-x)\)成立,可知\(x=\cfrac{\pi}{4}\)为函数的一条对称轴,

而正弦型或余弦型函数在对称轴处必然会取到最值,故\(f(\cfrac{\pi}{4})=\pm 2\),选B。

解后反思:此题目如果不注意函数的性质,往往会想到求\(\omega\)\(\phi\),这样思路就跑偏了。

例2 【2018云南玉溪一模】函数\(f(x)=\sqrt{3}sin2x+2cos^2x\)的一条对称轴为直线【】

$A、x=\cfrac{\pi}{12}$ $B、x=\cfrac{\pi}{6}$ $C、x=\cfrac{\pi}{3}$ $D、x=\cfrac{\pi}{2}$

分析:\(f(x)=2sin(2x+\cfrac{\pi}{6})+1\)

法1:比较繁琐,令\(2x+\cfrac{\pi}{6}=k\pi+\cfrac{\pi}{2}\)\(k\in Z\),则\(x=\cfrac{k\pi}{2}+\cfrac{\pi}{6}\)\(k\in Z\),即对称轴有无数条,

\(k=0\),得到其中的一条对称轴为\(x=\cfrac{\pi}{6}\),当\(k\)取其他的值时,都不能得到其他的选项,故选\(B\)

法2:比较简单,利用函数在对称轴处的函数值能取到最值,故只需验证即可,

比如,将\(x=\cfrac{\pi}{12}\)代入\(sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\),即\(sin\cfrac{\pi}{3}\),并不能使得其取到最值\(\pm 1\),故舍去\(A\)

\(x=\cfrac{\pi}{6}\)代入\(sin(2x+\cfrac{\pi}{6})\),即\(sin\cfrac{\pi}{2}\),能使得其取到最值\(+1\),故\(B\)必然满足;用同样的方法可以验证其余的选项错误;

例3 【2018江西赣州5月适应性考试】若函数\(f(x)=3cos(2x+\cfrac{\pi}{6})-a\)\([0,\cfrac{\pi}{2}]\)上有两个零点\(x_1\)\(x_2\),则\(x_1+x_2\)=【】

$A、\cfrac{\pi}{3}$ $B、\cfrac{2\pi}{3}$ $C、\cfrac{5\pi}{6}$ $D、2\pi$

分析:只需要考虑函数\(y=cos(2x+\cfrac{\pi}{6})\)的对称性即可,由\(2x+\cfrac{\pi}{6}=k\pi\)\(k\in Z\)

得到对称轴\(x=\cfrac{k\pi}{2}-\cfrac{\pi}{12}\),由题可知,对称轴必须在\([0,\cfrac{\pi}{2}]\)内,令\(k=1\),得到对称轴为\(x=\cfrac{5\pi}{12}\)

又两个零点\(x_1\)\(x_2\)关于对称轴\(x=\cfrac{5\pi}{12}\)对称,故\(x_1+x_2=\cfrac{5\pi}{6}\),故选\(C\)

例4 【2019届高三理科数学三轮模拟试题】若函数\(f(x)=asinx+cosx\)(\(a\)为常数,\(a\in R\))的图像关于直线\(x=\cfrac{\pi}{6}\)对称,则函数\(g(x)=sinx+acosx\)的图像【】

$A.关于直线x=-\cfrac{\pi}{3}对称$
$B.关于直线x=\cfrac{\pi}{6}对称$
$C.关于点(\cfrac{\pi}{3},0)对称$
$D.关于点(\cfrac{5\pi}{6},0)对称$

分析:\(y=f(x)=\sqrt{a^2+1}sin(x+\phi)\),其中\(tan\phi=\cfrac{1}{a}\)

由函数\(f(x)=asinx+cosx\)的图像关于直线\(x=\cfrac{\pi}{6}\)对称,可知\(\phi=\cfrac{\pi}{3}\)

\(a=\cfrac{\sqrt{3}}{3}\),又\(g(x)=sinx+\cfrac{\sqrt{3}}{3}cosx=\cfrac{2\sqrt{3}}{3}sin(x+\cfrac{\pi}{6})\)

逐项验证,可知选\(D\)

例5 函数\(y=\tan(x+\cfrac{\pi}{3})\)的图像关于点\((\cfrac{\pi}{6},0)\)成中心对称,判断正误;

分析:正切函数的对称中心不一定能用验证法,有时候对称中心不在函数图像上。

\(x+\cfrac{\pi}{3}=\cfrac{k\pi}{2}(k\in Z)\),解得\(x=\cfrac{k\pi}{2}-\cfrac{\pi}{3}(k\in Z)\)

\(k=1\),则\(x=\cfrac{\pi}{6}\),故函数\(y=\tan(x+\cfrac{\pi}{3})\)的图像关于点\((\cfrac{\pi}{6},0)\)成中心对称,正确;


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