一、核心知识点:正弦、余弦、正切的图像特征
三角函数的图像具有周期性(即经过一定区间后重复出现),以下是各函数的关键特征:
1. \( y = \sin \theta \) 的图像
- 周期:\( 360^\circ \)(或 \( 2\pi \) 弧度)。
- 与 \( x \)-轴交点:\( \dots, -180^\circ, 0^\circ, 180^\circ, 360^\circ, \dots \)(即 \( \theta = k \cdot 180^\circ, k \in \mathbb{Z} \) 时,\( \sin \theta = 0 \))。
- 极值:最大值 \( 1 \)(当 \( \theta = 90^\circ + k \cdot 360^\circ \) 时);最小值 \( -1 \)(当 \( \theta = -90^\circ + k \cdot 360^\circ \) 时)。
2. \( y = \cos \theta \) 的图像
- 周期:\( 360^\circ \)(或 \( 2\pi \) 弧度)。
- 与 \( x \)-轴交点:\( \dots, -90^\circ, 90^\circ, 270^\circ, 450^\circ, \dots \)(即 \( \theta = 90^\circ + k \cdot 180^\circ, k \in \mathbb{Z} \) 时,\( \cos \theta = 0 \))。
- 极值:最大值 \( 1 \)(当 \( \theta = k \cdot 360^\circ \) 时);最小值 \( -1 \)(当 \( \theta = 180^\circ + k \cdot 360^\circ \) 时)。
3. \( y = \tan \theta \) 的图像
- 周期:\( 180^\circ \)(或 \( \pi \) 弧度)。
- 与 \( x \)-轴交点:\( \dots, -180^\circ, 0^\circ, 180^\circ, 360^\circ, \dots \)(即 \( \theta = k \cdot 180^\circ, k \in \mathbb{Z} \) 时,\( \tan \theta = 0 \))。
- 渐近线:当 \( \theta = 90^\circ + k \cdot 180^\circ \)(\( k \in \mathbb{Z} \))时,图像有垂直渐近线(\( \tan \theta \) 在此处无定义,趋向 \( +\infty \) 或 \( -\infty \)),且无最大值、最小值。
三、练习题(Exercise 6F)及应用
练习题围绕"绘制图像"和"利用图像解三角方程"展开,典型题型如下:
1. 图像绘制题(如第1、2、3题)
示例:绘制 \( y = \cos \theta \) 在 \( -180^\circ \leq \theta \leq 180^\circ \) 的图像。
步骤:标出与 \( x \)-轴交点(\( -90^\circ, 90^\circ \))、\( y \)-轴交点(\( (0, 1) \)),画出最大值 \( 1 \)(\( \theta = 0^\circ \) 时)、最小值 \( -1 \)(\( \theta = \pm 180^\circ \) 时)的光滑曲线。
目的:熟悉图像的形状、关键交点与极值点,为后续"读图像找解"打基础。
2. 利用图像找三角方程的解(如第4题)
示例:已知 \( \cos 30^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2} \),利用 \( y = \cos \theta \) 的图像,找另一角度使 \( \cos \theta = \frac{\sqrt{3}}{2} \)。
思路:余弦是偶函数(图像关于 \( y \)-轴对称),因此 \( \cos(-30^\circ) = \cos 30^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2} \),即 \( \theta = -30^\circ \) 是另一解。
延伸:对于 \( \tan \theta = \sqrt{3} \),利用正切的周期性(周期 \( 180^\circ \)),解为 \( \theta = 60^\circ + k \cdot 180^\circ \)(如 \( 60^\circ, 240^\circ, -120^\circ \) 等);对于 \( \sin \theta = -\frac{1}{\sqrt{2}} \),利用正弦的对称性与周期性,解为 \( \theta = -45^\circ + k \cdot 360^\circ \) 或 \( \theta = 225^\circ + k \cdot 360^\circ \)(\( k \in \mathbb{Z} \))。
目的:强化"通过图像的周期性、对称性,快速找到三角方程多解"的能力。