每日一题[242] 图象的伸缩

正弦型函数\(y=A\sin(\omega x+\varphi)+B\)中最富有变化的参数是\(\omega\),\(\omega\)的变化相当于弹簧的压缩(\(\omega>1\))或拉伸(\(\omega<1\)),其中函数图象与\(y\)的交点为弹簧的固定点,各点到\(y\)轴的距离成比例变化.

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从图象伸缩的角度可以对正弦型函数中的参数\(\omega\)有更直观的认识,有时可以大大简化计算:

2015年全国高中数学联合竞赛A卷第7题:

设\(\omega\)为正实数,若存在\(a,b\)(\(\mathrm{\pi}\leqslant a<b\leqslant 2\mathrm{\pi}\)),使得\(\sin\omega a+\sin\omega b=2\),则\(\omega\)的取值范围是_______.


正确的答案是\(\left[\dfrac 94,\dfrac 52\right]\cup\left[\dfrac{13}{4},+\infty\right)\).

   由\(\sin x\in[-1,1]\)知,本题条件可以转化成

存在\(a,b\in[\mathrm{\pi},2\mathrm{\pi}]\),\(a\ne b\),使得\(\sin\omega a=\sin\omega b=1\).

也即\(y=\sin \omega x\)在\([\mathrm{\pi},2\mathrm{\pi}]\)上存在两个不同的最大值点.

\(y=\sin\omega x\)的曲线由正弦曲线\(y=\sin x\)在横方向上进行伸缩得到的,且必有\(\omega>1\),即图象一定会进行压缩,如图:


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当最大值点\(A,B,C,\cdots\)中至少存在两个点经过压缩进入阴影区域时,满足题意.

考虑最大值点\(A,B,C,\cdots\)恰好压缩到边界\(\mathrm{\pi}\)与\(2\mathrm{\pi}\)时\(\omega\)的值,如下:


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易知当\(\omega\)从\(1\)逐渐增大时,\(A\)点先到达右边界\(2\mathrm{\pi}\),此时不满足条件,当\(B\)点到达右边界时开始满足,直到\(A\)点到达左边界\(\mathrm{\pi}\),故\(\omega\in\left[\dfrac 94,\dfrac 52\right]\)时,满足题意;

之后,\(\omega\)继续增加时,\(A\)出左边界,只有\(B\)点在区域内,此时不满足,直到\(\omega=\dfrac{13}{4}\)时,\(C\)点压缩到右边界,此时\(B,C\)两个最值点都在区域内,重新满足条件,直到\(B\)出左边界,此时需要考虑\(C\)右边下一个最大值点.

但因为此时\(\omega=\dfrac {9}{2}>4\),边界内已经存在至少两个周期,故此时区域内至少含有两个最大值点,一定满足条件,故\(\omega\geqslant \dfrac {13}{4}\)时一定满足.

最后给一道练习题.

(2012·新课标·理9)已知\(\omega>0\),函数\(f(x)=\sin\left(\omega x+\dfrac{\mathrm{\pi}}{4}\right)\)在\(\left(\dfrac{\mathrm{\pi}}{2},\mathrm{\pi}\right)\)上单调递减,则\(\omega\)的取值范围是_____.

答案    \(\left[\dfrac 12,\dfrac 54\right]\).

提示    如图.

屏幕快照 2015-09-16 下午3.34.21

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