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类型一:三角函数图像变换

三角函数的概念、性质与应用 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 通过平移、伸缩变换,将 $y=\sin x$ 图像转化为 $y=A\sin(\omega x+\varphi)+k$ 图像的过程。

从哪来 本知识点建立在“三角函数”与“函数图像变换”两个前置知识点之上。

为什么 三角函数图像变换的本质是自变量 $x$ 的线性变换与因变量 $y$ 的线性变换。 1. 相位变换($\varphi$):改变 $x$ 的取值,导致图像左右平移。因为 $\sin(x+\varphi) = \sin[x - (-\varphi)]$,所以是左移 $\varphi$。 2. 周期变换($\omega$):改变 $x$ 的系数,导致图像横向伸缩。$\omega$ 越大,周期 $T=2\pi/\omega$ 越小,图像越“挤”。 3. 振幅变换($A$):改变 $y$ 的系数,导致图像纵向伸缩。 4. 纵向平移($k$):改变 $y$ 的常数项,导致图像上下移动。 理解这一点,就能明白为什么“先平移后伸缩”与“先伸缩后平移”在平移量上会有 $\omega$ 倍的差异。

“口诀记忆法”** **适合学生
形象思维强、记忆力好、对抽象代数推导感到困难的学生。 内容: 提供口诀:“左加右减,上加下减;先内后外,系数要除”。 1. 左加右减:针对 $x$ 的变化,$x$ 变 $x+\varphi$ 是左移,$x$ 变 $x-\varphi$ 是右移。 2. 先内后外:先处理括号内的 $x$(平移和周期),再处理括号外的 $A$(振幅)。 3. 系数要除:当先做周期变换(乘以 $\omega$)再做平移时,平移量 $\varphi$ 必须除以 $\omega$ 才是实际的平移距离。 *示例*:$y=\sin 2(x+\frac{\pi}{6})$ 是由 $y=\sin x$ 左移 $\frac{\pi}{6}$ 再横压为原来一半得到的;而 $y=\sin(2x+\frac{\pi}{3})$ 是由 $y=\sin x$ 横压为原来一半再左移 $\frac{\pi}{6}$ 得到的(注意:$\frac{\pi}{3} = 2 \times \frac{\pi}{6}$)。
“关键点追踪法”** **适合学生
逻辑严密、喜欢通过具体数据验证抽象概念的学生。 内容: 不背口诀,而是追踪“五点法”中的关键点(如最高点、零点)的坐标变化。 1. 起点:$y=\sin x$ 的最高点是 $(\frac{\pi}{2}, 1)$。 2. 目标:$y=\sin(2x+\frac{\pi}{3})$ 的最高点满足 $2x+\frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{2} \Rightarrow 2x = \frac{\pi}{6} \Rightarrow x = \frac{\pi}{12}$。 3. 推导:从 $x=\frac{\pi}{2}$ 到 $x=\frac{\pi}{12}$,图像向左平移了 $\frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{12} = \frac{5\pi}{12}$?不对,这是混合变换。 *正确逻辑*: - 若先平移:$y=\sin(x+\frac{\pi}{3})$,最高点变 $(\frac{\pi}{2}-\frac{\pi}{3}, 1) = (\frac{\pi}{6}, 1)$。 - 再伸缩:$x$ 变为原来的 $\frac{1}{2}$,最高点变 $(\frac{\pi}{12}, 1)$。 - 若先伸缩:$y=\sin 2x$,最高点变 $(\frac{\pi}{4}, 1)$。 - 再平移:$y=\sin 2(x+\frac{\pi}{6}) = \sin(2x+\frac{\pi}{3})$,最高点变 $(\frac{\pi}{4}-\frac{\pi}{6}, 1) = (\frac{\pi}{12}, 1)$。 通过对比关键点坐标,学生能直观看到平移量的变化。
“代数恒等变形法”** **适合学生
代数基础扎实、擅长公式推导、对几何直观不敏感的学生。 内容: 将图像变换视为代数式的等价变形。 目标:将 $y=\sin x$ 变形为 $y=A\sin(\omega x+\varphi)+k$。 1. 提取 $\omega$:$y = A\sin[\omega(x + \frac{\varphi}{\omega})] + k$。 2. 识别变换顺序: - 第一步:$x \to x + \frac{\varphi}{\omega}$ (左移 $\frac{\varphi}{\omega}$) - 第二步:$x \to \omega x$ (横压/拉为原来的 $\frac{1}{\omega}$) - 第三步:$y \to A y$ (纵拉/压为原来的 $A$) - 第四步:$y \to y + k$ (上移 $k$) *核心*:强调 $\varphi$ 必须写成 $\omega \cdot \frac{\varphi}{\omega}$ 的形式,才能看清平移量是 $\frac{\varphi}{\omega}$ 而不是 $\varphi$。
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练一道
基础题
将函数 $y=\sin x$ 的图像向左平移 $\frac{\pi}{3}$ 个单位,再将所得图像上各点的横坐标缩短到原来的 $\frac{1}{2}$ 倍(纵坐标不变),求所得图像的解析式。
变式
将函数 $y=\sin x$ 的图像上各点的横坐标缩短到原来的 $\frac{1}{2}$ 倍(纵坐标不变),再将所得图像向左平移 $\frac{\pi}{6}$ 个单位,求所得图像的解析式。
试试手自己判
检测题
若函数 $y=\sin(2x+\frac{\pi}{3})$ 的图像可由 $y=\sin x$ 的图像经过以下变换得到:① 横坐标缩短到原来的 $\frac{1}{2}$;② 向左平移 $m$ 个单位。求 $m$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$m = \frac{\pi}{6}$。
判对标准:
1. 学生能写出变换后的解析式:$y = \sin 2(x+m) = \sin(2x+2m)$。
2. 学生能建立等式:$2m = \frac{\pi}{3}$。
3. 学生能解出 $m = \frac{\pi}{6}$。
若学生答 $m=\frac{\pi}{3}$,则判定为未掌握“先伸缩后平移”的平移量计算规则。
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