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提問: 要把y=sinx的圖象變換為y=sin(ωx+φ)(ω>0,φ>0)的圖象,可以先將y=sinx的圖象向左平移φ個(gè)單位,再將每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)伸縮為原來的;也可以先將y=sinx每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)伸縮為原來的,再將圖象向左平移個(gè)單位.這兩種變換方法只是平移和伸縮的先后順序不同,為什么兩次平移的長度不同?
回答: 先分析“先平移后伸縮”的情景:經(jīng)過平移變換,y=sinx的圖象上每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)都左移了φ個(gè)單位,得到y(tǒng)=sin(x+φ)的圖象;經(jīng)過伸縮變換,圖象上任意兩點(diǎn)間的距離伸縮為原來的,即每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)都轉(zhuǎn)化為原來的,因此得到y(tǒng)=sin(ωx+φ)的圖象.在兩次變換中,變化元始終是x.
再分析“先伸縮后平移”的情景:經(jīng)過伸縮變換,y=sinx的圖象上每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)都轉(zhuǎn)化為原來的,得到y(tǒng)=sinωx的圖象.此時(shí)變化元由x轉(zhuǎn)變成了ωx.由于平移是將y=sinωx整個(gè)圖象向左平移,若仍將圖象上每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)左移φ個(gè)單位,就會(huì)得到y(tǒng)=sinω·(x+φ)=sin(ωx+ωφ)的圖象.要得到y(tǒng)=sin(ωx+φ)的圖象,只需將圖象上每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)左移·φ=個(gè)單位即可.
可見,“先平移后伸縮”與“先伸縮后平移”之所以會(huì)導(dǎo)致平移的長度不同,是因?yàn)閮烧叩淖兓嬖诓顒e.
對于三角函數(shù)圖象變換的問題,我們不僅可以根據(jù)“先平移后伸縮”與“先伸縮后平移”導(dǎo)致函數(shù)變換中變化元不同的區(qū)別來解決,還可以從坐標(biāo)關(guān)系出發(fā),分析圖象變換的本質(zhì).
通過平移和伸縮把y=sinx的圖象轉(zhuǎn)變?yōu)閥=sin(ωx+φ)(ω>0,φ>0)的圖象,函數(shù)圖象上的點(diǎn)的橫坐標(biāo)發(fā)生了兩次變換.由于y=sinx與y=sin(ωx+φ)均為正弦函數(shù)且兩者的圖象存在相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,故在y=sinx與y=sin(ωx+φ)中,對于同一y,y=sinx中的x應(yīng)與y=sin(ωx+φ)中的ωx+φ一一對應(yīng).我們可以設(shè)原函數(shù)y=sinx的橫坐標(biāo)為X,變換后得到的函數(shù)y=sin(ωx+φ)的橫坐標(biāo)為x,則坐標(biāo)關(guān)系應(yīng)滿足X=ωx+φ.根據(jù)等式求出x與X的關(guān)系,就能判斷原函數(shù)y=sinx的圖象是如何經(jīng)過平移與伸縮變換為y=sin(ωx+φ)的圖象的.
下面,我們通過一道例題來體驗(yàn)這種方法.
例 為了得到函數(shù)y=sin2x-的圖象,只需把函數(shù)y=sin2x+的圖象
(A) 向左平移個(gè)單位 (B) 向右平移個(gè)單位
(C) 向左平移個(gè)單位 (D) 向右平移個(gè)單位
解: 在函數(shù)y=sin2x-與函數(shù)y=sin2x+中,對同一y對應(yīng)的x不同.設(shè)原函數(shù)圖象的橫坐標(biāo)為X,經(jīng)變換后函數(shù)圖象的橫坐標(biāo)為x,則由2X+=2x-可得x=X+,即變換后的函數(shù)圖象的橫坐標(biāo)比原函數(shù)圖象上對應(yīng)點(diǎn)的橫坐標(biāo)多個(gè)單位,故只需把原函數(shù)y=sin2x+的圖象向右平移個(gè)單位,就能得到函數(shù)y=sin2x-的圖象,選B.
利用坐標(biāo)關(guān)系求解函數(shù)圖象變換問題時(shí),我們可以參考以下結(jié)論:若函數(shù)Y=sin(ω1X+φ1)的圖象變換為y=sin(ω2x+φ2)(ω1,ω2>0)的圖象,根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系式ω1X+φ1=ω2x+φ2可解得x=X+.
觀察x=X+中的兩個(gè)重要數(shù)值與,據(jù)此可判斷函數(shù)Y=sin(ω1X+φ1)的圖象是如何變換為y=sin(ω2x+φ2)的圖象的.
先平移后伸縮:把Y=sin(ω1X+φ1)的圖象平移個(gè)單位——當(dāng)<0時(shí)左移,當(dāng)>0時(shí)右移,再將每個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)伸縮為原來的,就得到了y=sin(ω2x+φ2)的圖象.
先伸縮后平移:將Y=sin(ω1X+φ1)的圖象的橫坐標(biāo)伸縮為原來的,再把圖象平移個(gè)單位——當(dāng)<0時(shí)左移,當(dāng)>0時(shí)右移,就得到了y=sin(ω2x+φ2)的圖象.