2022 新高考Ⅰ卷 - 第06题 (单选题)

正弦函数对称中心与周期
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 正弦型函数最小正周期: \( T = \frac{2\pi}{\omega} \)(\( \omega > 0 \))。
  • 正弦曲线对称中心判定: 若 \( y = A\sin(\omega x + \varphi) + b \) 关于点 \( (x_0, y_0) \) 中心对称,则必须有 \( y_0 = b \),且相位满足 \( \omega x_0 + \varphi = k\pi \,(k \in \mathbf{Z}) \)。

6. 记函数 \( f(x) = \sin\left(\omega x + \frac{\pi}{4}\right) + b\,(\omega > 0) \) 的最小正周期为 \( T \).若 \( \frac{2\pi}{3} < T < \pi \),且 \( y = f(x) \) 的图象关于点 \( \left(\frac{3\pi}{2}, 2\right) \) 中心对称,则 \( f\left(\frac{\pi}{2}\right) = \) (  )

  • A. 1
  • B. \( \frac{3}{2} \)
  • C. \( \frac{5}{2} \)
  • D. 3
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思路与规范推导

破题思路全景图

由周期 2π/3 < 2π/ω < π 解得 2 < ω < 3
由对称中心纵坐标为 2 确定垂直偏移量 b = 2
由对称中心横坐标列方程:ω·(3π/2) + π/4 = kπ
在 2 < ω < 3 内求出唯一整数 k = 4 确定 ω = 5/2
代入 x = π/2 计算得 f(π/2) = 1 选 A

最优解法深度剖析

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【解析详解】

第一步:确定 \( \omega \) 的取值范围。由最小正周期 \( T = \frac{2\pi}{\omega} \) 满足 \( \frac{2\pi}{3} < T < \pi \),可得:

\[ \frac{2\pi}{3} < \frac{2\pi}{\omega} < \pi \implies 2 < \omega < 3 \]

第二步:根据对称中心确定 \( b \) 与 \( \omega \)。由于正弦曲线对称中心必落在中轴线上,故:

\[ b = 2 \]

同时,将对称中心横坐标代入正弦相位:

\[ \frac{3\pi}{2}\omega + \frac{\pi}{4} = k\pi \quad (k \in \mathbf{Z}) \implies \omega = \frac{2}{3}k - \frac{1}{6} \]

结合 \( 2 < \omega < 3 \),解不等式:\( 2 < \frac{2}{3}k - \frac{1}{6} < 3 \implies \frac{13}{4} < k < \frac{19}{4} \)。

因为 \( k \in \mathbf{Z} \),故唯一确定 \( k = 4 \),从而代入得:

\[ \omega = \frac{2}{3} \times 4 - \frac{1}{6} = \frac{8}{3} - \frac{1}{6} = \frac{5}{2} \]

第三步:代入求值。函数解析式为 \( f(x) = \sin\left(\frac{5}{2}x + \frac{\pi}{4}\right) + 2 \),将 \( x = \frac{\pi}{2} \) 代入:

\[ f\left(\frac{\pi}{2}\right) = \sin\left(\frac{5}{4}\pi + \frac{\pi}{4}\right) + 2 = \sin\left(\frac{3\pi}{2}\right) + 2 = -1 + 2 = 1 \]

故选 A

干扰项排雷

误选 C 或 D: 误将对称中心当成了对称轴条件,列出 \( \omega x_0 + \varphi = k\pi + \frac{\pi}{2} \),导致 \( \omega \) 求解失败。

误选 B: 算出 \( \sin\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -1 \) 时计算疏忽,加上 2 算成了 \( \frac{3}{2} \)。

最终答案核对

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正确答案:A

核心模型与结论

正弦型函数特征点分析法:对称中心必满足相位 \( = k\pi \) 且纵坐标为平衡位置;对称轴必满足相位 \( = k\pi + \frac{\pi}{2} \) 且纵坐标为波峰波谷。

易错警示与避坑

混淆对称中心与对称轴的相位方程!中心是零点(相位为 \( k\pi \)),对称轴是极值点(相位为 \( k\pi + \frac{\pi}{2} \))。

高分技法与秒杀

特值整数锁定:由 \( 2 < \omega < 3 \),分母是 2,直接猜最常见的半整数 \( \omega = 2.5 = \frac{5}{2} \)。验证 \( \frac{3\pi}{2} \times \frac{5}{2} + \frac{\pi}{4} = \frac{15\pi + \pi}{4} = 4\pi \) 恰好是整周期!直接算 \( f(\pi/2) = \sin(3\pi/2) + 2 = 1 \),30秒搞定!

诊断与进阶指南

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