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3. 数乘

平面向量的概念、运算及应用 · 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 将函数 $y=f(x)$ 图像上各点的纵坐标变为原来的 $\omega$ 倍(横坐标不变),得到 $y=f(\omega x)$ 的图像变换。

从哪来 建立在伸缩变换的基础之上,是对伸缩变换中“纵坐标伸缩”这一具体操作在三角函数解析式中的代数化表达与应用。

为什么 从代数角度看,$y=f(\omega x)$ 中自变量 $x$ 被系数 $\omega$ 缩放。若 $\omega > 1$,要使 $f(\omega x)$ 取得与 $f(x)$ 相同的函数值,$x$ 的取值范围必须缩小为原来的 $1/\omega$,表现为图像在水平方向被压缩;若 $0 < \omega < 1$,$x$ 的取值范围扩大,表现为图像在水平方向被拉伸。本质是横坐标的伸缩,而非纵坐标。

代数对应法
强调“内缩外扩”。 *
适合:逻辑抽象能力强,习惯从解析式推导图像特征的学生。 * 操作:对比 $y=\sin x$ 与 $y=\sin 2x$。取特殊点,如 $\sin x$ 在 $x=\pi/2$ 处取最大值,而 $\sin 2x$ 在 $2x=\pi/2 \Rightarrow x=\pi/4$ 处取最大值。引导学生发现:$\omega$ 越大,达到相同相位所需的 $x$ 越小,周期 $T=2\pi/\omega$ 越短,图像越“密”。
周期锚点法
利用周期公式反向验证。 *
适合:空间想象力一般,但擅长记忆公式和计算的学生。 * 操作:先算出 $y=\sin(\omega x)$ 的周期 $T=2\pi/\omega$。在坐标系中画出 $[0, T]$ 区间内的一个完整波形。强调 $\omega$ 是“频率因子”,$\omega$ 翻倍,周期减半,图像在横轴上被“挤”进去。通过画几个关键点(零点、峰、谷)来定位图像,避免凭感觉画。
动态演示法
借助几何画板或动画。 *
适合:直观思维强,对静态图像缺乏动态感知的学生。 * 操作:展示 $y=\sin x$ 的图像,然后动态改变 $\omega$ 的值(从 0.5 到 2)。让学生观察图像如何像手风琴一样在水平方向被压缩或拉伸。重点指出:无论 $\omega$ 如何变,波峰的高度(振幅)不变,但波峰出现的“位置”(横坐标)发生了改变。
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练一道
基础题
求函数 $y=2\sin(3x+\frac{\pi}{4})$ 的周期,并说明它是由 $y=2\sin x$ 经过怎样的变换得到的。
变式
已知函数 $f(x)=\sin(\omega x + \varphi)$ ($\omega>0, |\varphi|<\frac{\pi}{2}$) 的图像经过点 $(\frac{\pi}{6}, 1)$,且相邻两个对称轴之间的距离为 $\frac{\pi}{2}$。求 $\omega$ 和 $\varphi$ 的值。
试试手自己判
检测题
将函数 $y=\sin x$ 的图像上所有点的横坐标缩短到原来的 $\frac{1}{2}$(纵坐标不变),再向左平移 $\frac{\pi}{6}$ 个单位长度,所得图像的解析式是? A. $y=\sin(2x+\frac{\pi}{6})$ B. $y=\sin(2x+\frac{\pi}{3})$ C. $y=\sin(\frac{1}{2}x+\frac{\pi}{6})$ D. $y=\sin(x+\frac{\pi}{3})$
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 第一步:横坐标缩短到 $\frac{1}{2}$,即 $\omega=2$,得 $y=\sin 2x$。
2. 第二步:向左平移 $\frac{\pi}{6}$,即 $x$ 替换为 $x+\frac{\pi}{6}$,得 $y=\sin 2(x+\frac{\pi}{6})$。
3. 展开得 $y=\sin(2x+\frac{\pi}{3})$。
4. 学生若选 A,说明平移时未乘以 $\omega$(常见错误);若选 C,说明伸缩方向搞反。只有选 B 且过程正确才判对。
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