题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
由图象求解析式,三个参数各有各的入口,别混着猜:A 看最值(A = (最大值 − 最小值)/2,A > 0)、ω 看周期(ω = 2π/T,T 由相邻两个同相位点——如相邻两个最大值——的横坐标差得到)、φ 看特殊点(把最值点或零点代入,解出 φ 的通解再取 |φ| < π 或题给范围内的值)。
最容易丢分的是第三步:代入一个非最值点时,sin θ = 某个非 ±1 的值会给出两个 φ 候选。此时必须用该点处图象的升降趋势——也就是 f′(x) = Aω cos(ωx + φ) 的符号——舍去一个。下面图象信息为自编示意,全部经解析式回代验证。
二、逐题精讲
题1
题1 三步定参(含 φ 的两解取舍)
自编图象信息:函数 f(x) = A sin(ωx + φ)(A > 0,ω > 0,|φ| < π/2)的部分图象满足:最大值为 3、最小值为 −3;相邻两个最大值点横坐标分别为 π/6 与 7π/6;图象过点 (0, 3/2),且在该点处单调递增。
(1) 求 A、ω;(2) 求 φ 并说明舍根理由;(3) 写出解析式并回代检验点 (0, 3/2)。
解析
(1) A = (3 − (−3))/2 = 3。相邻两个最大值点间距即周期 T = 7π/6 − π/6 = π,故 ω = 2π/T = 2π/π = 2。
(2) 此时 f(x) = 3 sin(2x + φ)。代入 (0, 3/2):3 sin φ = 3/2 → sin φ = 1/2。
在 |φ| < π/2 内,候选为 φ = π/6;若不限制范围,另一解为 φ = 5π/6 + 2kπ(一般地 φ = π/6 + 2kπ 或 φ = 5π/6 + 2kπ)。
用升降趋势舍根:f′(x) = 3·2·cos(2x + φ) = 6 cos(2x + φ)。在 x = 0 处图象递增,需 f′(0) = 6 cos φ > 0。
φ = π/6 时 cos(π/6) = √3/2 > 0 ✓;φ = 5π/6 时 cos(5π/6) = −√3/2 < 0,对应递减 ✗,舍去。
(也可借最值点直接定:x = π/6 处取最大值 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;两条路径互相印证。)
(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,确实递增 ✓;f(π/6) = 3 sin(π/3 + π/6) = 3 sin(π/2) = 3,为最大值 ✓;f(7π/6) = 3 sin(7π/3 + π/6) = 3 sin(5π/2) = 3 ✓。四项全对,解析式成立。
答案 (1) A = 3,ω = 2;(2) φ = π/6(舍 φ = 5π/6,因 x=0 处需 f′>0 而 cos(5π/6)<0);(3) f(x) = 3sin(2x + π/6),四点回代均成立。
采分点 A 由最值求出 1 分;T 由相邻最值点求出 1 分;ω = 2π/T 1 分;代入 (0,3/2) 得 sinφ=1/2 1 分;写出两候选 1 分;用 f′(0)>0 舍根 2 分;解析式 1 分;回代检验 2 分。
易错点 把 A 写成 6(忘记除以 2);把相邻最大值间距当成半周期 T/2;sinφ=1/2 只写一个解、不讨论取舍;用「φ 取锐角」这种直觉代替导数符号;忘记检验 f(7π/6) 是否也是最大值。
题2
题2 单调区间与指定点求值(两路互验)
承接题1。(1) 求 f(x) 的单调递增区间;(2) 求 f(π/12),并用「相位叠加」与「和角公式」两路验算;(3) 若把题1 中「x=0 处递增」改为「递减」,φ 应取哪个值?
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)。注意周期是 π,所以区间也按 kπ 重复,不是 2kπ,这是常见错。
回代验区间:取 k = 0 得 [−π/3, π/6],x = 0 在其中且 f′(0) > 0 ✓;端点 x = π/6 处相位 = π/2,正是最大值点,符合「增到最值」✓。
(2) 第一路(相位叠加):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 时 2x = π/6,故 = 3[ (1/2)(√3/2) + (√3/2)(1/2) ] = 3[ √3/4 + √3/4 ] = 3·√3/2 = 3√3/2 ✓ 两路一致。且 3√3/2 < 3,符合最大值上界。
(3) sin φ = 1/2 不变,但需 f′(0) = 6 cos φ < 0,故取 φ = 5π/6(cos(5π/6) = −√3/2 < 0)。此时解析式为 f(x) = 3 sin(2x + 5π/6),f(0) 仍为 3/2 但曲线下行;同时最值点会移到 x = −π/6 等位置,与题1 给的「最大值点在 π/6」不再相容——所以要写明:若只改升降条件、保留其它图象信息,则条件集自相矛盾;若只保留「过 (0,3/2) 且递减」,答案才是 φ = 5π/6。这一句能体现「改一个条件要看它和其余条件是否还相容」。
答案 (1) 增区间 [−π/3 + kπ, π/6 + kπ],k∈Z;(2) f(π/12)=3√3/2,相位叠加与和角公式两路一致;(3) 仅保留「过(0,3/2)且递减」时 φ=5π/6,但与题1 的最值点条件不相容。
采分点 不等式列写 2 分;解得区间并注意 kπ 1 分;端点回代验 1 分;f(π/12) 数值 1 分;和角公式第二路 2 分;(3) 取值 1 分;指出条件冲突 2 分。
易错点 增区间写成 k·2π(忘了 ω=2 使周期减半);和角公式把 cos(π/6) 与 sin(π/6) 代反;(3) 直接给 φ=5π/6 却不指出与「最值点在 π/6」矛盾;区间端点写成开区间(最值点处导数为 0,区间仍可取闭)。
三、规律小结与对照表
| 参数 | 入口 | 本题结果 | 验证方式 |
|---|---|---|---|
| A | A=(最大值−最小值)/2 | 3 | f(π/6)=3 为最大值 |
| T | 相邻同相位点(两最大值)横坐标差 | π | f(7π/6)−f(π/6) 同相 |
| ω | ω = 2π/T | 2 | 代入周期定义回算 |
| φ | 特殊点代入 + 升降趋势定解 | π/6 | f(0)=3/2 且 f′(0)=3√3>0 |
| 舍根 | f′(x)=Aω cos(ωx+φ) 的符号 | 舍 5π/6 | cos(5π/6)<0 与递增矛盾 |
| 单调区间 | 解 −π/2+2kπ ≤ ωx+φ ≤ π/2+2kπ | [−π/3+kπ, π/6+kπ] | 端点相位恰为 ±π/2 |
图象求解析式的稳妥节奏是「A 看最值、ω 看周期、φ 看点+看升降」,最后一定要把求出的式子代回所有已知点验一遍。尤其是 φ 的两解取舍,别凭「取个锐角顺眼」——用 f′ 的符号,一步就能定死。本题图象信息与数据均为自编示意,全部经解析式回代验证。
四、自测清单
- A 用最大值与最小值之差的一半,别直接用最大值
- 周期取相邻两个「同相位点」的距离,不是相邻零点
- φ 由特殊点代入后,若 sin 值非 ±1 必有两组候选,必须讨论
- 取舍用该点处 f′ 的符号(递增 cos>0、递减 cos<0),不靠直觉
- 求单调区间后检查重复周期是 kπ 还是 2kπ(由 ω 决定)
- 把解析式代回全部已知点,含最值点、零点与升降点