本题导读
本题主要考查三角函数 的图象与性质。解题的关键在于通过“偶函数”性质确定初相 ,利用“对称中心”性质建立关于 的方程,最后结合指定区间上的“单调性”对 的取值进行范围限制,从而确定唯一解。
📌【题干】
Question
(2003年江苏卷) 已知函数 (,) 是 上的偶函数,其图象关于点 对称,且在区间 上是单调函数. 求 和 的值.
🔍【思路分析】
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利用奇偶性求 :由于 是偶函数,其图象关于 轴对称,故 处必须取得最值,即 ,由此可推出 ()。再结合 的已知范围锁定其值。
利用对称中心求 :点 是函数的对称中心,则该点处的函数值必须为 ,即 。代入已求得的 可列出关于 的代数式。
利用单调区间卡死参数:已知函数在 上是单调函数,说明该区间的长度不能超过半个周期,即 。同时区间内部不能包含任何最值点。结合此约束条件在第2步得到的 序列中筛选出符合题意的唯一值。
✅【答案】
Success
, 或
✍【详细解析】
Abstract
第一步:求 的值 因为函数 是 上的偶函数,所以其图象关于 轴对称。 因此,当 时,函数取得极大值或极小值,即:
因为已知 ,令 可得: 此时,函数解析式可化简为:
第二步:利用对称中心求 的表达式 因为函数 的图象关于点 对称,所以该点为函数的对称中心,即:
根据余弦函数零点公式,有:
两边同除以 ,解得: 由于已知 ,所以 ,即 。
第三步:利用区间单调性确定 的值 因为 在区间 上是单调函数,根据余弦函数单调性,从 (最值点)出发的第一个单调区间长度最大为半个周期 。 因此必须满足:
同时,当 时,相角变化范围为 。 要保证在该区间内单调,其相角范围不能包含除了起点 以外的其它最值点(即 的整数倍位置)。 即满足:
结合 ,可得 的取值范围为:
将第二步求得的通项式 代入该范围:
由于 ,故 的可能取值为 或 :
- 当 时, ;
- 当 时, 。
第四步:检验单调性排除不合题意的解
- 当 时, 。当 时, ,函数在此区间内单调递减,符合题意。
- 当 时, 。当 时, ,函数在此区间内单调递减,也符合题意。
综上所述,满足题意的参数值为: , 或 , 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:三角函数奇偶性的边界条件(偶函数初相必使 处于波峰或波谷),对称中心与零点的等价性,单调区间与周期长度的控制关系。
- 核心方法:整体相角控制法。将自变量 的区间通过乘系数、加初相转换为整体相角范围,对照标准 或 的图象范围进行卡位。
- 避坑指南:
极易漏掉 或 中的其中一个。主要原因在于在列单调区间限制时,误将 错写成了严格小于号,或者未对 进行分情况穷举。
确定偶函数初相时,注意正负号。 对应的 在 间只有 这一种情况。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题属于三角函数大板块中的中档压轴解答题,直接考查教材中对正弦、余弦函数五点作图法中“零点”、“最值点”以及“单调边界”三大几何要素的代数逆向求解。
- 结论推广: 对于任意函数 (),若其为偶函数,则可直接化简为 。若已知其关于点 对称,则 。若进一步限定其在宽为 的区间内单调,则必有 。
🔗【关联脉络】
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