三角函数的比值与图形 · 6.2.1

sin x、cos x 与 tan x 的图像

学生使用数值表,在 0° 到 360° 的一个完整周期内画出三个基本三角函数的图像,然后观察最大值、最小值、x 轴截距、图像形状等特征,以及(对于正切)图像未定义的点,比较正弦、余弦和正切在外观与性质上的差异。

官方学习标准 (6.2.1)

“画出三角函数 y = sin x、y = cos x 和 y = tan x 在 0° ≤ x ≤ 360° 范围内的图像,并比较这些图像的特征。”

它的含义

学生使用数值表,在 0° 到 360° 的一个完整周期内画出三个基本三角函数的图像,然后观察最大值、最小值、x 轴截距、图像形状等特征,以及(对于正切)图像未定义的点,比较正弦、余弦和正切在外观与性质上的差异。

如何考查

在纸卷二,学生通常需要完成数值表并在方格纸上画出图像,有时还要利用图像读出方程的解。纸卷一可能以客观题形式,测试对图像形状或特征(如最大值或周期)的辨认能力。

例题

对于图像 y = sin x,0° ≤ x ≤ 360°,写出 (a) 振幅,(b) 周期,以及 (c) x 轴截距。

  1. y = sin x 的图像最大值为 1,最小值为 -1,所以振幅 = 1。
  2. 从 x = 0° 到 x = 360° 刚好形成一个完整的波形,所以周期 = 360°。
  3. 当 x = 0°、180°、360° 时 sin x = 0,这些就是 x 轴截距。

资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)

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常见问题

为什么正切图像看起来和正弦、余弦差别那么大?

正弦和余弦是平滑连续的波形,数值介于 -1 和 1 之间;而正切没有上下界,且周期是 180° 而不是 360°。正切图像在 90° 和 270° 处还有垂直渐近线,图像在这些位置会急剧上升或下降,永远不会经过这两个 x 值。

画这些图像时,数值表中的 x 值应该怎么选?

在 0° 到 360° 的整个范围内均匀取角度,通常每隔 30° 或 45° 取一个值,这样能较平滑地呈现曲线形状。对于 y = tan x,应避免直接取 x = 90° 和 270°,因为函数在这两点处未定义。

这些图像中的“振幅”到底是什么意思?

振幅衡量图像相对于中线向上升高(或向下降低)的程度,等于最大值与最小值之差的一半。对于基本图像 y = sin x 和 y = cos x,由于取值范围是 -1 到 1,振幅即为 1。

正切图像没有振幅,因为它没有上下界。

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