wanghai0666

前言

三角函数是高中阶段比较常见的周期函数,研究其性质或者解有关三角函数不等式时,肯定少不了周期性的考量。一般情况下基本周期我们都选\([0,2\pi]\)来研究,但不是所有问题都这样选取周期就简单,以下举例说明。

研究单调

研究函数\(y=2sin(3x+\cfrac{\pi}{4})+1\)的单调区间。(整体思想:\(X=3x+\cfrac{\pi}{4}\))

分析:由于函数\(y=2sin(3x+\cfrac{\pi}{4}[X])+1\)的单调区间和函数\(y=sinX\)的单调区间相同,原因是函数\(y=sinx\)在纵轴方向上平移和伸缩时并不影响原函数的单调区间

故只需要研究\(y=sinX\)的单调性,就可以仿照完成问题的求解。

函数\(y=sinX\)在区间\([2k\pi-\cfrac{\pi}{2},2k\pi-\cfrac{\pi}{2}](k\in Z)\)上单调递增,

在区间\([2k\pi+\cfrac{\pi}{2},2k\pi+\cfrac{3\pi}{2}](k\in Z)\)上单调递减,

故令\(3x+\cfrac{\pi}{4}\in [2k\pi-\cfrac{\pi}{2},2k\pi+\cfrac{\pi}{2}](k\in Z)\)

即得到原函数的单调递增区间;

\(3x+\cfrac{\pi}{4}\in [2k\pi+\cfrac{\pi}{2},2k\pi+\cfrac{3\pi}{2}](k\in Z)\)

即得到原函数的单调递减区间;

小结:本类问题中,基本周期的选择是\([-\cfrac{\pi}{2},\cfrac{3\pi}{2}]\),原因是这样选用的周期,得到的单调区间是连续的。如果选取基本周期为\([0,2\pi]\),后续的表达由于不连续,反倒很不方便。

解不等式

解不等式\(2sin(x+\cfrac{\pi}{4})-1>0\)

分析:先转化为\(sin(x+\cfrac{\pi}{4})>\cfrac{1}{2}\),此时基本周期选\([0,2\pi]\)

可以看到,当\(sinx>\cfrac{1}{2}\)时,在基本周期内的解集为\((\cfrac{\pi}{6},\cfrac{5\pi}{6})\)

故先令\(x+\cfrac{\pi}{4}\in (\cfrac{\pi}{6},\cfrac{5\pi}{6})\),解得\(x\in (-\cfrac{\pi}{12},\cfrac{7\pi}{12})\)

故在\(R\)上的原不等式的解集为\(x\in (2k\pi-\cfrac{\pi}{12},2k\pi+\cfrac{7\pi}{12})(k\in Z)\)

解不等式\(2sin(x+\cfrac{\pi}{4})-1<0\)

这时候我们如果选基本周期为\([0,2\pi]\),就很不方便,

原因是\(sinx<\cfrac{1}{2}\)的解集为\([0,\cfrac{\pi}{6})\)\((\cfrac{5\pi}{6},2\pi)\)是不连续的,表达很不方便,

那么怎么样作能更好些呢?

此时我们可以选基本周期为\([\cfrac{\pi}{6},\cfrac{13\pi}{6}]\),就很方便[当然也可选基本周期为\([\cfrac{\pi}{2},\cfrac{5\pi}{2}]\),不再赘述];

则先得到\(sin(x+\cfrac{\pi}{4})<\cfrac{1}{2}\)在基本周期内的解为\(x+\cfrac{\pi}{4}\in (\cfrac{5\pi}{6},\cfrac{13\pi}{6})\)

从而解得在基本周期内的解\(x \in (\cfrac{7\pi}{12},\cfrac{23\pi}{12})\)

然后拓展[就是给不等式的两边同时添加\(2k\pi(k\in Z)\)],得到\(R\)上的原不等式的

解集为\(x\in (2k\pi+\cfrac{7\pi}{12},2k\pi+\cfrac{23\pi}{12})(k\in Z)\)

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