本题导读

本题是三角函数的综合大题。第一问考查函数图象变换及对称轴方程的求法;第二问将三角恒等变换与方程根的分布相结合,考查学生利用辅助角公式化简函数以及通过诱导公式、两角差公式处理根之间关系的能力。

📌【题干】

Question

(2015年福建卷(理)) 已知函数 的图像是由函数 的图像经如下变换得到:先将 图像上所有点的纵坐标伸长到原来的 2 倍(横坐标不变),再将所得的图像向右平移 个单位长度.

(1) 求函数 的解析式,并求其图像的对称轴方程;

(2) 已知关于 的方程 在 内有两个不同的解 .

(1) 求实数 的取值范围;

(2) 证明:.

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(解析式与对称性):
    • 纵坐标变为 2 倍:。
    • 向右平移 :。利用诱导公式化简为 。
    • 对称轴:正弦函数在最值点处取得对称轴,令 。
  2. 第二问(1)(取值范围):
    • 合并 :利用辅助角公式将其化为 的形式。
    • 判定根的个数:正弦型函数在一个周期内有两个不同解,其值 必须在振幅范围内且不等于极值点(注意区间端点的包含情况)。
  3. 第二问(2)(恒等式证明):
    • 核心思路: 关于对称轴对称。
    • 利用 。
    • 利用诱导公式,将 与 联系起来(它们互为相反数)。
    • 展开 进行计算。

✅【答案】

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命题得证

✍【详细解析】

Abstract

(1) 求解析式与对称轴 将 纵坐标伸长到原来的 2 倍,得到 ; 再向右平移 个单位长度,得到 。 由 , 得 图像的对称轴方程为 。


(2) 方程根的性质证明

(1) 求 的取值范围

由题意,。 利用辅助角公式:, 即 ,其中 。 则 。 因为 ,方程有两个不同解,且正弦函数在一个周期内除了最值点外,在开区间范围内取值均有两个解。 所以 ,解得 。

(2) 证明恒等式

由 (1) 知, 是方程 的两个解, 则 。 根据对称性,在 一个周期内,两个不相等的解满足: 。 (因为 或 )

展开 : 将 代入: 。 命题得证。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 变换顺序:函数变换遵循“左加右减,上加下减”。注意平移量是针对变量 本身的。
  2. 辅助角公式的构造:在处理 与 的线性组合时,辅助角 的正余弦值必须明确标出,虽不一定要求出 的角度,但其三角比在后续证明中至关重要。
  3. 根的对称性:正弦函数 的两个不同根 关于 对称,由此可得 且 。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 方法拓展: 第二问证明也可以利用 的二倍角变形。由 可得 相关的几何关系,但利用差角公式展开最为通法。
  • 变式思考: 若要求 的值,该如何利用辅助角 进行表达?

🔗【关联脉络】

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