2022 新高考Ⅱ卷 - 第09题 (多选题)

三角函数性质与导数切线
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 正弦曲线对称中心判定: 若 \( f(x) = \sin(2x + \varphi) \) 关于点 \( (x_0, 0) \) 对称,则必有 \( 2x_0 + \varphi = k\pi \,(k \in \mathbf{Z}) \)。
  • 单调区间与导数切线: 整体换元代入正弦递减区间 \( \left[2k\pi + \frac{\pi}{2}, 2k\pi + \frac{3\pi}{2}\right] \);导数 \( f'(x) \) 等于切线斜率。

9. 已知函数 \( f(x) = \sin(2x + \varphi)\,(0 < \varphi < \pi) \) 的图像关于点 \( \left(\frac{2\pi}{3}, 0\right) \) 中心对称,则 (  )

  • A. \( f(x) \) 在区间 \( \left(0, \frac{5\pi}{12}\right) \) 单调递减
  • B. \( f(x) \) 在区间 \( \left(-\frac{\pi}{12}, \frac{11\pi}{12}\right) \) 有两个极值点
  • C. 直线 \( x = \frac{7\pi}{6} \) 是曲线 \( y = f(x) \) 的对称轴
  • D. 直线 \( y = \frac{\sqrt{3}}{2} - x \) 是曲线 \( y = f(x) \) 的切线
基于数学引擎的绝对精确动态绘图

思路与规范推导

破题思路全景图

代入对称中心横坐标:2·(2π/3) + φ = 2π 解得 φ = 2π/3
A项:x ∈ (0, 5π/12) 整体相位落在 (2π/3, 3π/2) 严格递减,判定 A 正确
B项:相位区间开区间仅含 3π/2 一个极值点,端点取不到,判定 B 错误
C项:x = 7π/6 代入相位为 3π,是零点而非对称轴,判定 C 错误
D项:求导并在 x = 0 处切线方程恰为 y = √3/2 - x,判定 D 正确,锁定 AD
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✅ 选项 A 正确:

由图像关于点 \( \left(\frac{2\pi}{3}, 0\right) \) 对称,得:

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

因为 \( 0 < \varphi < \pi \),取 \( k = 2 \) 得 \( \varphi = \frac{2\pi}{3} \),故 \( f(x) = \sin\left(2x + \frac{2\pi}{3}\right) \)。

当 \( x \in \left(0, \frac{5\pi}{12}\right) \) 时,\( 2x + \frac{2\pi}{3} \in \left(\frac{2\pi}{3}, \frac{3\pi}{2}\right) \)。

因为 \( \left(\frac{2\pi}{3}, \frac{3\pi}{2}\right) \subset \left[\frac{\pi}{2}, \frac{3\pi}{2}\right] \),正弦函数在此区间单调递减,所以 \( f(x) \) 在该区间单调递减。A 正确。

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❌ 选项 B 错误:

当 \( x \in \left(-\frac{\pi}{12}, \frac{11\pi}{12}\right) \) 时,计算相位范围:

\[ 2x + \frac{2\pi}{3} \in \left(\frac{\pi}{2}, \frac{5\pi}{2}\right) \]

正弦极值点满足相位为 \( \frac{\pi}{2} + k\pi \),在开区间 \( \left(\frac{\pi}{2}, \frac{5\pi}{2}\right) \) 内仅有 \( \frac{3\pi}{2} \) 满足(两端点均为空心取不到)。

因此该区间内只有 1 个极值点,而非 2 个。B 错误。

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❌ 选项 C 错误:

将 \( x = \frac{7\pi}{6} \) 代入相位:

\[ 2 \times \frac{7\pi}{6} + \frac{2\pi}{3} = \frac{7\pi}{3} + \frac{2\pi}{3} = 3\pi \]

因为 \( \sin(3\pi) = 0 \),点 \( \left(\frac{7\pi}{6}, 0\right) \) 是曲线的对称中心,而不是对称轴(对称轴相位应为 \( k\pi + \frac{\pi}{2} \))。C 错误。

点击查看 [选项 D] 解析

✅ 选项 D 正确:

直线 \( y = \frac{\sqrt{3}}{2} - x \) 的斜率为 -1。

对 \( f(x) \) 求导:\( f'(x) = 2\cos\left(2x + \frac{2\pi}{3}\right) \)。

令 \( f'(x) = -1 \implies \cos\left(2x + \frac{2\pi}{3}\right) = -\frac{1}{2} \)。

取 \( 2x + \frac{2\pi}{3} = \frac{2\pi}{3} \implies x = 0 \)。

此时切点为 \( (0, f(0)) = \left(0, \sin\frac{2\pi}{3}\right) = \left(0, \frac{\sqrt{3}}{2}\right) \)。

切线方程为 \( y - \frac{\sqrt{3}}{2} = -1(x - 0) \implies y = \frac{\sqrt{3}}{2} - x \)。恰好吻合!D 正确。

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正确答案:AD

核心模型与结论

正弦型函数特征相角全能模型:初相 \( \varphi \) 锁定后,所有单调性、对称中心、对称轴均归结为相角 \( 2x + \varphi \) 在基本正弦周期内的映射检验。

易错警示与避坑

开区间端点陷阱!B 选项开区间两端虽然恰好是 \( \frac{\pi}{2} \) 和 \( \frac{5\pi}{2} \),但开区间不含端点,实际只落入一个内部极值点。

高分技法与秒杀

切线截距直击法:看到 D 选项斜率为 -1,直接观察 \( x=0 \) 处 \( f(0) = \sin\frac{2\pi}{3} = \frac{\sqrt{3}}{2} \),导数 \( f'(0) = 2\cos\frac{2\pi}{3} = -1 \)。切线直接就是 \( y = \frac{\sqrt{3}}{2} - x \),5秒秒杀 D!

诊断与进阶指南

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