(12分)设函数f ( x ) = sin ( ω x -…——2017 高考数学第 16 题答案解析

2017_省自主命题(山东)

2017 Shandong Question 16 Free-response Differentiating
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16.(12分)设函数f $( x ) = \sin ( \omega x - \frac { \pi } { 6 } ) + \sin ( \omega x - \frac { \pi } { 2 } )$ ,其中 $\scriptstyle 1 0 < \omega < 3$ 已知f $( { \frac { \pi } { 6 } } ) \ { \ = } 0$

(Ⅰ)求ω;

(Ⅱ)将函数y=f(x)的图象上各点的横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),再将得到的图象向左平移 $\frac { \pi } { 4 }$ 个单位,得到函数y=g(x)的图象,求g(x)在[$- ~ \frac { \pi } { 4 } , ~ \frac { 3 \pi } { 4 } ]$ 上的最小值

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(Ⅰ)首先利用两角差的正弦公式及诱导公式化简函数 $f(x)$ 的解析式。
$$ \begin{aligned} f(x) &= \sin(\omega x - \frac{\pi}{6}) + \sin(\omega x - \frac{\pi}{2}) \\ &= (\sin \omega x \cos \frac{\pi}{6} - \cos \omega x \sin \frac{\pi}{6}) - \cos \omega x \\ &= \frac{\sqrt{3}}{2} \sin \omega x - \frac{1}{2} \cos \omega x - \cos \omega x \\ &= \frac{\sqrt{3}}{2} \sin \omega x - \frac{3}{2} \cos \omega x \end{aligned} $$
提取公因式 $\sqrt{3}$,利用辅助角公式合并:
$$ f(x) = \sqrt{3} \left( \frac{1}{2} \sin \omega x - \frac{\sqrt{3}}{2} \cos \omega x \right) = \sqrt{3} \sin(\omega x - \frac{\pi}{3}) $$
由已知条件 $f(\frac{\pi}{6}) = 0$,代入得:
$$ \sqrt{3} \sin(\frac{\pi}{6}\omega - \frac{\pi}{3}) = 0 $$
即 $\frac{\pi}{6}\omega - \frac{\pi}{3} = k\pi, k \in \mathbb{Z}$。
解得 $\omega = 6k + 2$。
因为 $0 < \omega < 3$,当 $k=0$ 时,$\omega = 2$,符合题意;当 $k$ 取其他整数时,$\omega$ 均不在给定范围内。
故 $\omega = 2$。

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知 $f(x) = \sqrt{3} \sin(2x - \frac{\pi}{3})$。
第一步,将 $y=f(x)$ 图象上各点的横坐标伸长为原来的 2 倍(纵坐标不变),即把 $x$ 替换为 $\frac{1}{2}x$,得到:
$$ y = \sqrt{3} \sin(2 \cdot \frac{1}{2}x - \frac{\pi}{3}) = \sqrt{3} \sin(x - \frac{\pi}{3}) $$
第二步,将所得图象向左平移 $\frac{\pi}{4}$ 个单位,即把 $x$ 替换为 $x + \frac{\pi}{4}$,得到 $g(x)$:
$$ g(x) = \sqrt{3} \sin((x + \frac{\pi}{4}) - \frac{\pi}{3}) = \sqrt{3} \sin(x - \frac{\pi}{12}) $$
接下来求 $g(x)$ 在区间 $[-\frac{\pi}{4}, \frac{3\pi}{4}]$ 上的最小值。
令 $t = x - \frac{\pi}{12}$。
因为 $x \in [-\frac{\pi}{4}, \frac{3\pi}{4}]$,所以:
$$ -\frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{12} \le t \le \frac{3\pi}{4} - \frac{\pi}{12} $$
通分计算边界:
$$ -\frac{3\pi}{12} - \frac{\pi}{12} \le t \le \frac{9\pi}{12} - \frac{\pi}{12} \implies -\frac{\pi}{3} \le t \le \frac{2\pi}{3} $$
考察正弦函数 $y = \sin t$ 在区间 $[-\frac{\pi}{3}, \frac{2\pi}{3}]$ 上的单调性与最值。
正弦函数在 $[-\frac{\pi}{3}, \frac{\pi}{2}]$ 上单调递增,在 $[\frac{\pi}{2}, \frac{2\pi}{3}]$ 上单调递减。
端点值与极值点比较:
当 $t = -\frac{\pi}{3}$ 时,$\sin t = -\frac{\sqrt{3}}{2}$;
当 $t = \frac{\pi}{2}$ 时,$\sin t = 1$(最大值);
当 $t = \frac{2\pi}{3}$ 时,$\sin t = \frac{\sqrt{3}}{2}$。
因此,$\sin t$ 的最小值为 $-\frac{\sqrt{3}}{2}$。
所以 $g(x)$ 的最小值为:
$$ g(x)_{\min} = \sqrt{3} \times (-\frac{\sqrt{3}}{2}) = -\frac{3}{2} $$

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