已知函数 的图像是由函数f( )x g ( x ) = c…——2015 高考数学第 19 题答案解析

2015_省自主命题(福建)

2015 福建 第 19 题 解答题 区分题
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19.已知函数 的图像是由函数f( )x $g ( x ) = \cos x$ 的图像经如下变换得到:先将 $g ( x )$ 图像上所有点的纵坐标伸长到原来的2倍(横坐标不变),再将所得到的图像向右平移 $\frac { p } { 2 }$ 个单位长度

(Ⅰ)求函数 的解析式,并求其图像的对称轴方程;f( )x

(Ⅱ)已知关于 的方程x $\operatorname { f } ( x ) + \operatorname { g } ( x ) = m$ 在 $[ 0 , 2 p )$ 内有两个不同的解 $a , b$

(1)求实数m的取值范围;

(2)证明: $\cos ( a - b ) = \frac { 2 m ^ { 2 } } { 5 } - 1$

参考答案

(1) $( - { \sqrt { 5 } } , { \sqrt { 5 } } )$; (2) 详见解析【解析】解法一:(1)将 $g ( x ) = \cos x$ 的图像上所有点的纵坐标伸长到原来的2倍(横坐标不变)得到$\mathtt { y } = 2 \mathtt { c o s } x$ 的图像,再将 $\mathtt { y } = 2 \mathtt { c o s } x$ 的图像向右平移 $\frac { \pi } { 2 }$ 个单位长度后得到 $\mathrm { y } = 2 \cos ( x - \frac { \pi } { 2 } )$ 的图像,故$\operatorname { f } ( x ) = 2 \sin x$ ,从而函数 $\operatorname { f } ( x ) = 2 \sin x$ 图像的对称轴方程为 $x = k \pi + \frac { \pi } { 2 } ( \mathbf { k } \in Z )$ $\mathbf { f } ( x ) + \mathbf { g } ( x ) = 2 \sin x + \cos x = { \sqrt { 5 } } ( { \frac { 2 } { \sqrt { 5 } } } \sin x + { \frac { 1 } { \sqrt { 5 } } } \cos x )$ ${ \bf \sqrt { 5 } } \sin ( x + \varphi )$ (其中 $\sin \varphi = \frac { 1 } { \sqrt { 5 } } , \cos \varphi = \frac { 2 } { \sqrt { 5 } } )$

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【答案】(Ⅰ) $\operatorname { f } ( x ) = 2 \sin { x }$ $x = k p + \frac { p } { 2 } ( \mathbf { k } \hat { \textbf { l } } Z )$ ;(Ⅱ)(1). $( - { \sqrt { 5 } } , { \sqrt { 5 } } )$ ;(2)详见解析【解析】解法一:(1)将 $g ( x ) = \cos x$ 的图像上所有点的纵坐标伸长到原来的2倍(横坐标不变)得到$\mathtt { y } = 2 \mathtt { c o s } x$ 的图像,再将 $\mathtt { y } = 2 \mathtt { c o s } x$ 的图像向右平移 $\frac { \pi } { 2 }$ 个单位长度后得到 $\mathrm { y } = 2 \cos ( x - \frac { \pi } { 2 } )$ 的图像,故$\operatorname { f } ( x ) = 2 \sin x$ ,从而函数 $\operatorname { f } ( x ) = 2 \sin x$ 图像的对称轴方程为 $x = k \pi + \frac { \pi } { 2 } ( \mathbf { k } \in Z )$

$\mathbf { f } ( x ) + \mathbf { g } ( x ) = 2 \sin x + \cos x = { \sqrt { 5 } } ( { \frac { 2 } { \sqrt { 5 } } } \sin x + { \frac { 1 } { \sqrt { 5 } } } \cos x )$

${ \bf \sqrt { 5 } } \sin ( x + \varphi )$ (其中 $\sin \varphi = \frac { 1 } { \sqrt { 5 } } , \cos \varphi = \frac { 2 } { \sqrt { 5 } } )$

依题意, $\sin ( x + \varphi ) = \frac { m } { \sqrt { 5 } }$ 在区间[0.2π)内有两个不同的解α:β当且仅当 $\vert \frac { m } { \sqrt { 5 } } \vert < 1$ ,故m的取值范围是$( - \sqrt { 5 } , \sqrt { 5 } )$

2)因为 $\alpha , \beta$ 是方程 $\sqrt { 5 } \sin ( x + \varphi ) = 0$ 在区间[0.2π)内有两个不同的解,

所以 $\sin ( \alpha + \varphi ) = \frac { m } { \sqrt { 5 } } , \sin ( \beta + \varphi ) = \frac { m } { \sqrt { 5 } }$

当 $1 \leq \mathrm { m } < \sqrt { \bar { \xi } }$ 时, $\alpha + \beta = 2 ( \frac { \pi } { 2 } - \varphi ) , \alpha - \beta = \pi - 2 ( \beta + \varphi ) ;$

当 $- \sqrt { 5 } < m < 1$ 时: $\alpha + \beta = 2 ( \frac { 3 \pi } { 2 } - \varphi ) , \alpha - \beta = 3 \pi - 2 ( \beta + \varphi ) ;$

$$ \cos ( \alpha - \beta ) = - \cos 2 ( \beta + \varphi ) = 2 \sin ^ { 2 } ( \beta + \varphi ) - 1 = 2 ( \frac { m } { \sqrt { 5 } } ) ^ { 2 } - 1 = \frac { 2 m ^ { 2 } } { 5 } - 1 . $$

解法二:(1)同解法一.

(2)1) 同解法一

2) 因为α.β是方程 $\sqrt { 5 } \sin ( x + \varphi ) = 0$ 在区间[0.2π)内有两个不同的解,

所以 $\sin ( \alpha + \varphi ) = \frac { m } { \sqrt { 5 } } , \sin ( \beta + \varphi ) = \frac { m } { \sqrt { 5 } }$

当 $1 \leq \mathrm { m } < \sqrt { 5 }$ 时, $\alpha + \beta { = } 2 ( \frac { \pi } { 2 } - \varphi )$ 即 $\alpha ^ { + } \varphi = \pi - ( \beta + \varphi )$

当 $- \sqrt { 5 } < m < 1$ 时: $\alpha + \beta = 2 ( \frac { 3 \pi } { 2 } - \varphi )$ 即 $\alpha + \varphi = 3 \pi - ( \beta + \varphi )$

所以 $\cos ( \alpha + \varphi ) = - \cos ( \beta + \varphi )$

$$ \begin{array} { l } { { \displaystyle \frac { \Xi } { \iota \varepsilon } \cos \bigl ( \alpha - \beta \bigr ) = \cos \bigl [ \bigl ( \alpha + \varphi \bigr ) - \bigl ( \beta + \varphi \bigr ) \bigr ] = \cos \bigl ( \alpha + \varphi \bigr ) \cos \bigl ( \beta + \varphi \bigr ) + \sin \bigl ( \alpha + \varphi \bigr ) \sin \bigl ( \beta + \varphi \bigr ) } } \\ { { \mathrm { } } } \\ { { \mathrm { } = - \cos ^ { 2 } \bigl ( \beta + \varphi \bigr ) + \sin \bigl ( \alpha + \varphi \bigr ) \sin \bigl ( \beta + \varphi \bigr ) = - \bigl [ 1 - \bigl ( \displaystyle \frac { m } { \sqrt { \xi } } \bigr ) ^ { 2 } \bigr ] + \bigl ( \displaystyle \frac { m } { \sqrt { \xi } } \bigr ) ^ { 2 } = \displaystyle \frac { 2 m ^ { 2 } } { 5 } - 1 . } } \end{array} $$

【考点定位】1、三角函数图像变换和性质;2、辅助角公式和诱导公式

【名师点睛】本题通过判断点和圆的位置关系来考查中点问题,利用韦达定理确定圆心,然后计算圆心到点 的距离并和半径比较得解;也可以构造向量,通过判断数量积的正负来确定点和圆的位置关系:G$\overrightarrow { G A } \cdot \overrightarrow { G B } < 0 \Leftrightarrow$ 点 在圆内;G $\overrightarrow { G A } \cdot \overrightarrow { G B } > 0 \Leftrightarrow$ 点 在圆外;G ${ \overrightarrow { G A } } \cdot { \overrightarrow { G B } } = 0 \Leftrightarrow$ 点 在圆上,本题综合性较G高,较好地考查分析问题解决问题的能力

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