由函数y=sinx到y=Asin(ωx+φ)的图象谈函数图象的变换

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  【中图分类号】G633.6
  在中学数学中,"数形结合"是一种非常重要的思想,学生能准确、快速地作出函数的图象,有助于问题的快速解决。所以由基本函数的图象通过变换得到较复杂函数的图象,是学生必备的一种能力和素质,而体现图象变换规律的主要载体就是由y=sinx到y=Asin(ωx+φ)的图象变换,从这一问题就可以抽象出一般函数图象变换的规律。下面通过自己在教学中的一点实践,在理解由y=sinx到y=Asin(ωx+φ)的图象变换规律的基础上,帮助同学们更好地掌握图像的变换规律,谈几点看法。
  一. 对由y=sinx到y=Asin(ωx+φ)的图象变换规律及实质的理解
  一般由y=sinx的图象得到函数y=Asin(ωx+φ)+b(A>0, ω>0)的图象,可有下列两种途径:(1)先平移后伸缩:把函数y=sinx图象上的各点沿x轴向左(φ>0)或向右(φ<0)平移|φ|个单位(保持纵坐标不变),可得y=sin(x+φ)的图象,再把所得图象上各点的横坐标保持不变,向上平移(b>0)或向下平移(b<0)|b|个单位,即可得函数y=sin(x+φ)+b的图象;之后把所得函数图象上各点横坐标伸长(0<ω<1)或缩短(ω>1)为原来的倍(纵坐标不变),得到y=sin(ωx+φ)+b的图象,最后再把所得图象上各点的纵坐标伸长(A>1)或缩短(01)为原来的倍(纵坐标保持不变),再把所得函数图象沿x轴向左(φ>0)或向右(φ<0)平移个单位,即可得函数y=sin(ωx+φ)的图象;其余同(1)。
  从以上可以看出,要正确的把握和运用规律,关键点是在x轴上的变化问题,从两种途径不难得到其实质可以概括为:x轴上的变化只变x,整个变化只针对自变量x而进行。也即沿x轴平移时,只须在x上加上(向左平移)或减去(向右平移)φ(φ>0),沿x轴伸缩时,只须在x上乘以伸缩倍数的倒数。把握和理解了这一实质,无论变换哪个函数的图象,都可轻松解决。
  例如,把函数的图象先向左平移个单位,再把横坐标伸长为原来的2倍(纵坐标不变),得到的函数图象与的图象重合,求ω、φ的值。
  解析:把y=3sin(ωx+φ)的图象向左平移个单位,所得图象对应的解析式为,再把图像上各点横坐标伸长为原来的2倍,即得解析式为,根据题意,此解析式应为y=3sinx,从而有,(或2kπ,k∈Z),解得。
  二. 以上图象变换规律迁移到一般函数图象的变换中
  首先,掌握了以上规律,可以解决由y=cosx到y=Acos(ωx+φ)和由y=tanx到y=Atan(ωx+φ)的图象变换问题。
  例如.若将函数(Ⅰ)的图象向右平移个单位
  后,与函数(Ⅱ)的图象重合,求ω的最小值。
  分析:把图象(Ⅰ)向右平移个单位后,解析式变为,要使其图象与图象(Ⅱ)重合,则必有,故有,显然当k=0时,ω>0最小为。
  其次,可以将以上规律运用到一般的函数y=f(x)的图象变换中,可得到下列结论:(1);
  (2);
  (3);
  综合以上结论,即可由y=f(x)的图象得到y=Af(ωx+h)的图象。
  例.求函数的图象的对称中心.
  分析:对于反比例函数的图象及对称中心是学生较为熟悉的,由得,把的图象先向右平移2个单位,再向上平移2个单位,即可得的图象,从而(0,0)平移至(2,2),故原函数的对称中心为点(2,2)。
  学生在掌握了基本函数的图象以后,根据以上规律,可以很快的解决有关函数图象的问题。
  例.已知函数f(x)=x2+2x-1,若将函数f(3-2x)的图象向左平移1个单位,再向上平移2个单位,再把横坐标缩短为原来的倍,求所得函数图象对应的解析式。
  分析:把图象
  ,即所得函数图象对应的解析式为y=f(1-4x)+2,从而可由y=f(x)得到其解析式。
  总之,对函数图象基本变换规律的探究,不仅能锻炼同学们的思维能力,更能培养归纳类比及数形结合思想的应用意识。当然,图像还有对称等方面的变换,只要做一个教学中的有心人,总能总结出实用的规律。这篇短文只是对平移方面(特别是沿x轴)的规律作了一些肤浅的总结,还请各位提出宝贵意见。
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