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三角函数的图象与性质

一句话

把单位圆的坐标随角度变化画成曲线,就能从图像读出周期、单调区间与取值范围。

本页目标:从周期、振幅和相位画三角函数图像并读性质。按已经学过的内容选择基础或提高题。

前置知识

概念与推导

本页定位:课程基础。

本页角度默认用弧度;出现度数时明确写°。先在单位圆上取0、π/2、π、3π/2、2π,记录纵坐标0、1、0、−1、0,得到正弦一周期的五个关键点。余弦取横坐标1、0、−1、0、1。曲线来自所有中间角的坐标,五点只是定位辅助。

基本性质有各自的范围

函数定义域与值域最小正周期奇偶性
sinx实数集;[−1,1]奇函数
cosx实数集;[−1,1]偶函数
tanx排除π/2+kπ;实数集π奇函数

表中k为整数。坐标轴或原点对称给出奇偶关系;旋转整圈或半圈给出周期关系。正切在排除点附近无界,不能把这些位置补成图像上的点。

正弦在[−π/2+2kπ,π/2+2kπ]递增,在[π/2+2kπ,3π/2+2kπ]递减。余弦在[2kπ,(2k+1)π]递减,在[(2k−1)π,2kπ]递增。正切在每个(−π/2+kπ,π/2+kπ)内递增:在右半平面旋转时,终边与直线x=1的交点高度tanx持续升高;半圈周期给出其他分支。跨分支不能据此判定全域单调。

正切在负π/2到π/2的基本分支递增,虚线边界无定义;点π/4和1在曲线上。

分清纵向变化与横向变化

对于 Asin(ωx+φ)+D,先看纵向伸缩|A|与平移D,再把输入写成ω(x−h);x方向缩放由|ω|决定,h=−φ/ω决定相对基准图像的位置。A或ω为0时另按常函数处理。

一整周期内,2sin(2x减π/2)在0取负2、π/2取2、π返回负2;过零点π/4和3π/4之间曲线为正。

读题给的区间时,要将全周期性质限制到该区间。闭端点是否包括、顶点是否落入、区间是否跨越正切的未定义点,都会改变答案。周期模型用于情境时,还需确认时间起点、单位和这个周期假设在所研究范围内成立。

公式与条件

基本函数的全域性质与限制区间后的性质分开。变换公式排除A=0、ω=0;图像的虚线边界不属于正切定义域。

sin(x+2π)=sinx,cos(x+2π)=cosx,tan(x+π)=tanx
成立条件

x以弧度计。正弦、余弦定义域为实数集,正切排除x=π/2+kπ(k为整数)。基本正弦、余弦的最小正周期为2π,基本正切为π。

从哪里来

整圈旋转恢复两个坐标;半圈使两个坐标同时反号,因此比值恢复。若T是正弦的周期,取x=0得sinT=0,再取x=π/2得cosT=1,故T为2π的整数倍。余弦取x=0同样要求cosT=1。正切取x=0要求tanT=0,因此T为π的整数倍。

适用场景与常见误用

可以用在

  • 判断一整周期的位置

  • 区分正切分支与正弦余弦图像

要防止

  • 不能把正弦的π相移当成完整周期

  • 正切的未定义点不能用连线补齐

知识讲解:三角函数的图象与性质

AI辅助推导复核:Codex,2026-09-09。

查看课程依据及核验范围

f(x)=Asin(ωx+φ)+D=Asin(ω(xh))+D,h=φω,T=2π|ω|
成立条件

A≠0、ω≠0,x和相位以弧度计。振幅为|A|,值域为[D−|A|,D+|A|]。相对A sin(ωx)+D平移h:h>0向右,h<0向左。

从哪里来

提出ω得到ω(x−h)。x增加2π/|ω|时角增加或减少2π,恢复函数值;任何更小正周期会与基本正弦的最小正周期矛盾。sin值从−1到1,乘A并加D给出完整值域,A<0时只是上下翻转。

适用场景与常见误用

可以用在

  • 根据周期反求频率系数

  • 确定相位平移与振幅

要防止

  • A=0或ω=0时是常函数,不能照用最小正周期公式

  • 相位φ通常不是水平平移量,必须除以ω

知识讲解:三角函数的图象与性质

AI辅助推导复核:Codex,2026-09-09。

查看课程依据及核验范围

典型例题

例 1(从相位读平移)

求函数 f(x)=2sin(2xπ/2) 的振幅、最小正周期,并说明怎样由y=sinx的图像得到它。

解与结论

振幅2,最小正周期π;横坐标先缩为原来的一半,再向右平移π/4,纵坐标变为原来的2倍。

  1. 2x−π/2=2(x−π/4)。把y=sinx上点(t,sin t)变为(t/2+π/4,2sin t),得到所求图像;当x增加π时角增加2π。

    为什么这样做

    横向移动由括号内的实际输入决定,需先提出x的系数。

易错与反例
  • 不能把相位−π/2直接读成向右平移π/2。

本例与题库共用题面、答案和解析。进入题组并选择独立练习或复测

例 2(正切的分支与全域)

写出tanx的定义域和最小正周期。它在整个定义域上单调递增吗?

解与结论

定义域排除π/2+kπ(k为整数),最小正周期π;它在每个连续分支上递增,但不在整个定义域上递增。

  1. cosx不能为0。转半圈时正弦余弦都变号,比值不变。在基本分支(−π/2,π/2)内,终边与直线x=1的交点高度随角增大;其他分支由周期平移得到。反例π/4<3π/4,但对应正切为1与−1。

    为什么这样做

    单调性须对选定集合内任意有序两点检查,跨过未定义点后不能沿用单个分支的结论。

易错与反例
  • 最小正周期是π,而正弦、余弦为2π;分支之间不能连成一条跨越渐近线的曲线。

本例与题库共用题面、答案和解析。进入题组并选择独立练习或复测

例 3(限制区间后的值域)

求y=sinx在闭区间[−π/6,π/2]上的值域。

解与结论

y[0.5,1]

  1. 该区间在[−π/2,π/2]内,正弦随角严格增加;端点值为−1/2与1,所以值域为[−1/2,1]。

    为什么这样做

    单位圆对应点从右下方移到正y轴,纵坐标连续增加,并取遍两端之间的值。

易错与反例
  • 不能漏掉已包含的两个端点。

本例与题库共用题面、答案和解析。进入题组并选择独立练习或复测

易错与反例

  • 最小正周期要验证整段函数重复,不能只比较两个偶然相等的函数值。
  • 正切每个分支递增,不等于跨越间断处仍递增。
  • 负振幅系数改变上下方向,振幅本身按绝对值取非负数。

衔接提示

练习

10 道题。先独立作答,答案和解析默认收起。

第 1 题 提高 · 示例(讲解中已出现)

求函数 f(x)=2sin(2xπ/2) 的振幅、最小正周期,并说明怎样由y=sinx的图像得到它。

查看答案

振幅2,最小正周期π;横坐标先缩为原来的一半,再向右平移π/4,纵坐标变为原来的2倍。

查看逐步解析与易错点
  1. 2x−π/2=2(x−π/4)。把y=sinx上点(t,sin t)变为(t/2+π/4,2sin t),得到所求图像;当x增加π时角增加2π。

    为什么这样做

    横向移动由括号内的实际输入决定,需先提出x的系数。

易错与反例

  • 不能把相位−π/2直接读成向右平移π/2。

本机记录

来源:自编。 需推理复核;未自动验证展示答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 2 题 提高 · 示例(讲解中已出现)

写出tanx的定义域和最小正周期。它在整个定义域上单调递增吗?

查看答案

定义域排除π/2+kπ(k为整数),最小正周期π;它在每个连续分支上递增,但不在整个定义域上递增。

查看逐步解析与易错点
  1. cosx不能为0。转半圈时正弦余弦都变号,比值不变。在基本分支(−π/2,π/2)内,终边与直线x=1的交点高度随角增大;其他分支由周期平移得到。反例π/4<3π/4,但对应正切为1与−1。

    为什么这样做

    单调性须对选定集合内任意有序两点检查,跨过未定义点后不能沿用单个分支的结论。

易错与反例

  • 最小正周期是π,而正弦、余弦为2π;分支之间不能连成一条跨越渐近线的曲线。

本机记录

来源:自编。 需推理复核;未自动验证展示答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 3 题 基础 · 示例(讲解中已出现)

求y=sinx在闭区间[−π/6,π/2]上的值域。

查看答案

y[0.5,1]

查看逐步解析与易错点
  1. 该区间在[−π/2,π/2]内,正弦随角严格增加;端点值为−1/2与1,所以值域为[−1/2,1]。

    为什么这样做

    单位圆对应点从右下方移到正y轴,纵坐标连续增加,并取遍两端之间的值。

易错与反例

  • 不能漏掉已包含的两个端点。

本机记录

来源:自编。 断言已执行并通过,读取结构化答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 4 题 基础 · 独立练习

函数y=sin(3x+π/5)的最小正周期是哪一个?

  • A.

  • B.

    2π/3

  • C.

    π/3

  • D.

查看答案

B

查看逐步解析与易错点
  1. 自变量增加T时,相位增加3T。最小正的完整重复要求3T=2π,故T=2π/3。

    为什么这样做

    相位常数改变位置,x的系数决定横向周期缩放。

易错与反例

  • T=π/3只让相位增加π,通常会使函数值变成相反数。

本机记录

来源:自编。 断言已执行并通过,读取结构化答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 5 题 基础 · 独立练习

求y=−3cosx(x为任意实数)的值域。

查看答案

y[3,3]

查看逐步解析与易错点
  1. −1≤cosx≤1,乘−3后仍得到−3≤y≤3;x=0取−3,x=π取3。

    为什么这样做

    负系数翻转上下位置,振幅取系数的绝对值。

易错与反例

  • 负系数不使振幅变成负数。

本机记录

来源:自编。 断言已执行并通过,读取结构化答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 6 题 提高 · 独立练习

常函数f(x)=4(x为实数)有最小正周期吗?

查看答案

没有最小正周期;每个正数T都满足周期关系。

查看逐步解析与易错点
  1. 对每个T>0,f(x+T)=4=f(x)。如果选了一个正周期T,T/2仍是更小的正周期,因此没有最小的一个。

    为什么这样做

    “存在正周期”与“存在最小正周期”不同;通用正弦周期公式要排除常函数情形。

易错与反例

  • 0不是正数,不能把0叫作最小正周期。

本机记录

来源:自编。 需推理复核;未自动验证展示答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 7 题 基础 · 独立练习

教学振动模型y=5sin(πt),t≥0且以秒计,y以厘米计。从t=0开始,第一次到达最高位置的时刻是多少秒?

查看答案

0.5

查看逐步解析与易错点
  1. 最高位置为5厘米,要求sin(πt)=1;最早非负相位是π/2,因此t=1/2秒。

    为什么这样做

    正弦达到1的相位为π/2加整圈;按时间范围选最早一次。

易错与反例

  • 不能把周期2秒当作第一次到达最高点的时间。

本机记录

来源:自编。 断言已执行并通过,读取结构化答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 8 题 提高 · 独立练习

求tanx在(0,π)内有意义且小于0的x的范围。

查看答案

解集为(π/2,π)。

查看逐步解析与易错点
  1. (0,π)内正弦为正,余弦在(0,π/2)为正、在(π/2,π)为负;π/2处无定义,因此取(π/2,π)。

    为什么这样做

    正切是正弦与余弦的比,符号与定义域要同时检查。

易错与反例

  • 不能把π/2当作可以取到的区间端点。

本机记录

来源:自编。 需推理复核;未自动验证展示答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 9 题 提高 · 独立复测

g(x)=3sin(4x+π) 的振幅与最小正周期,并说明它相对y=3sin4x的平移。

查看答案

振幅3,最小正周期π/2,向左平移π/4。

查看逐步解析与易错点
  1. 4x+π=4(x+π/4),因此横坐标向左移π/4;4T=2π得T=π/2。

    为什么这样做

    平移量由提出系数后的括号判断,振幅与横向周期分别处理。

易错与反例

  • 不能把+π理解成向左移动π,也不能把振幅与周期混为一谈。

本机记录

来源:自编。 需推理复核;未自动验证展示答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

第 10 题 基础 · 独立复测

在正切基本分支(−π/2,π/2)内解tanx≥1。

查看答案

解集为[π/4,π/2)。

查看逐步解析与易错点
  1. tan(π/4)=1,基本分支严格递增,所以从π/4向右取到分支边界之前;π/4包括,π/2无定义。

    为什么这样做

    单调关系可以比较同一个分支内的函数值,端点是否存在另按定义域处理。

易错与反例

  • 不能把分支上端点π/2包含,也不能把其他周期的解混入题给范围。

本机记录

来源:自编。 需推理复核;未自动验证展示答案。 AI辅助逐题复核:Codex,2026-09-09。

回补:三角函数的图象与性质。一道题出错只提供候选线索。

后继知识

依据

课程依据:高中:三角函数与恒等变换。已定位原件主题,非全文逐字审定,核验范围与日期见引用中心。

教材版本与映射 · 纠错记录。具体学习安排须结合所用教材及已具备的能力。