回归“四基”提升能力 化简转化拨云见日——2022年高考“三角函数与解三角形”专题命题分析.pdf
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1、下半月(高中版)2022年第9期(总第270期)2022年高考数学对三角函数与解三角形的考查基本保持了原有的规律,考查方式和考查内容既呈现一定的稳定性,又展现一定的创新性.下面对各份试卷中直接考查三角函数与解三角形的试题进行分析.试题中三角函数与解三角形的知识占比较少,或者在求解过程中转化为三角函数与解三角形问题的试题,本文不做分析.一、考查内容分析2022年高考数学对三角函数与解三角形的基本考查数据如表1所示.回归“四基”提升能力化简转化拨云见日2022年高考“三角函数与解三角形”专题命题分析薛红霞,张士彩(山西省教育科学研究院;山西省大同市教育科学研究中心)摘要:基于2022年高考数学试卷
2、中的三角函数与解三角形试题,分析其基本情况、试题特点和命题导向,并在此基础上提出教学建议.关键词:三角函数;解三角形;高考试题;命题导向;教学建议收稿日期:2022-07-05作者简介:薛红霞(1970),女,中学高级教师,山西省特级教师,苏步青数学教育奖二等奖、国家级基础教育成果奖二等奖、山西省基础教育成果奖特等奖获得者,教育部基础教育跨学科教学指导专委会委员,人民教育出版社普通高中教科书数学(A版)核心作者及培训专家,主要从事中学数学教育和课堂教学改革研究卷别全国甲卷全国乙卷全国新高考卷全国新高考卷北京卷浙江卷上海卷天津卷理文理文题号/题型三角函数5,11,12/选择题5,7/选择题15/
3、填空题8,11/选择题6/单选题6/单选题9/多选题5,10/选择题13/双空题4,6/选择题13/双空题3/填空题9/选择题解三角形16/填空题16/填空题17/解答题17/解答题18/解答题18/解答题16/解答题11/填空题18/解答题19/解答题16/解答题分值20151722172226321820备注第5题和第12题与其他知识综合第7题和第16题分别与理科的第5题和第16题相同第17题与文科第17题是姊妹题第8题和第11题与其他知识综合第10题与其他知识综合表12022年高考数学三角函数与解三角形试题的考查情况命题研究 32下半月(高中版)2022年第9期(总第270期)从表 1
4、可以看出,2022 年高考对三角函数与解三角形的考查具有如下特点.1.覆盖核心知识以上试题的考查内容包括三角函数的图象与性质、同角三角函数的基本关系式及恒等变换、解三角形等.没有直接考查角与弧度制知识、三角函数的定义,以及解三角形的实际应用等.2.题型丰富,但没有开放性试题从题型上看,三角函数与解三角形试题有单选题、多选题、填空题、多空题(以下统称“小题”),以及解答题(以下统称“大题”).没有出现像 2020 年全国新高考卷第17题和北京卷第17题那样的开放性试题.3.各份试卷中题量、分值差异较大在全国卷中,试题数量不尽相同:4(或3)道小题,或者 2(或 1)道小题加 1 道大题,分值差异
5、不大,占试卷总分的10%14.6%.在地方卷中,分值差异比较大.例如,浙江卷共计32分,约占试卷总分的21.3%,包含4道小题和1道大题,是4份地方卷中占比最多的;而上海卷共计18分,约占试卷总分的12%,是4份地方卷中占比最少的.4.容易题与中等题为主,难题较少如表 1,据统计,2022 年各份试卷中一共有三角函数与解三角形试题小题 22 道、大题 8 道.其中,大题位于解答题中的前三道题的位置,属于容易题或中等题.22 道小题中,有 5 道题在同类题型最后一题的位置,三角函数试题3道,解三角形试题2道;有3道题在同类题型倒数第二题的位置,都是关于三角函数的试题.按照常规理解,属于难题或者较
6、难题.从题量上看,30 道试题中有 5 道小题位于难题的位置,占比较少,从分值上看占比更少.二、命题特点分析1.命题意图分析(1)关于三角函数的图象与性质:核心知识重点考查.例 1(全 国 新 高 考 卷 6)记 函 数 f()x=sinx+4+b()0 的最小正周期为T.若 23 T ,且 y=f()x 的图象关于点 32,2 中心对称,则 f 2的值为().(A)1(B)32(C)52(D)3考查目标:试题考查学生对函数 y=Asin()x+b的图象与性质的掌握程度,考查学生基于此类函数的逻辑推理能力,以及综合应用不等式知识分析问题和解决问题的能力.命题意图:该题能考查出学生思维的灵活性.
7、能否利用周期的不等关系 23 T 0 的最小正周期为 T,得 T=2.由 23 T ,得 23 2 .所以 2 3.因为 y=f()x 的图象关于点 32,2 中心对称,所以 b=2,且 sin32 +4=0.所以 32 +4=k,k Z.所以 =23k-14,k Z.取 k=4,可得 =52.所以 f()x=sin52 x+4+2.则 f 2=sin52 2+4+2=-1+2=1.故答案选A.命题评价:该题的情境源于教材.在人教 A 版普通高中教科书数学必修第一册(以下统称“教材”)“5.6 函数 y=Asin()x+”中刻画筒车、摩天轮运动规律的函数,以及习题5.6第7题中所涉及的函数都是
8、 y=Asin()x+b 型的;“5.7 三角函数的应用”的例 1(气温变化问题)和例 2(潮汐现象问题)是依据此类函数图象的特征解决实际问题.该题求解思路容易获得,利用周期求参数 的值是教材中的常命题研究 33下半月(高中版)2022年第9期(总第270期)见题.利用教材“探究与发现”栏目中给出的关系T=2 求解即可.该题稍有变式,与不等式结合只能求得参数 的一个取值范围,为此需要先根据参数 b 的几何意义确定其值,再依据对称中心的代数特征得到关于 的关系式,进而求解.这种设计方式充分考查了函数 y=Asin()x+b 的图象与特征,以及学生良好的数学运算素养,是一道中等题.放在第 6 题的
9、位置,对学生的心理素质也是一种考验.例 2(全国新高考卷9)已知函数 f()x=sin()2x+()0 的图象关于点 23,0中心对称,则().(A)f()x 在区间 0,512单调递减(B)f()x 在区间-12,1112有两个极值点(C)直线 x=76 是曲线 y=f()x 的对称轴(D)直线 y=32-x 是曲线 y=f()x 的切线考查目标:试题考查学生对函数y=Asin(x+)的图象与性质的掌握程度,考查学生利用该函数的图象特征求参数的能力,以及对利用导数法求曲线切线的掌握程度.命题意图:该题只有一个参数,利用函数 y=Asin()x+的图象的对称性可以确定参数的值,从而转化为通过已
10、知函数研究其图象与性质的问题,学生容易求解.有助于考查学生对相关基础知识和基本技能及转化思想方法的熟练应用.选项D稍有变化,但是结合多选题的特点,排除了选项B和选项C,则必然要选择选项D,从而考查了学生思维的灵活性.解:因为 f()x=sin()2x+()0 的图象关于点 23,0 中心对称,所以 2 23+=k,即 =k-43,k Z.因为 0 ,所以 =23.故 f()x=sin2x+23.令 2 2x+23 32,解得-12 x 512.所以 f()x 在 0,512单调递减.故选项A正确.由 x -12,1112,得 2x+23 2,52.由函数的单调性知函数 f()x 在区间-12,
11、1112只有一个极值点.故选项B错误.令2x+23=k+2,k Z,得x=k2-12,k Z.选项C显然错误.由 y=sin2x+23,得 y=2cos 2x+23.令 y=-1,得cos 2x+23=-12.结合选项,令x=0,得sin 2x+23=32,即切点为|0,32.所以直线 y=32-x 是曲线的切线.故选项D正确.综上所述,答案选AD.命题评价:该题的情境是学生熟悉的,求解思路也是常规的,体现了基础性.在教材“第五章 三角函数”的第 5.4 节和第 5.5 节中已经进行了充分研究,并有配套例题和习题.例如,第5.4节的例5、习题5.4的第4题和第16题、第5.5节的例9等,其情境
12、与该题基本一致.在之前的高考中常见这种考法的试题,特别是地方卷的大题中,如 2017 年全国卷理科第 6 题、2016年天津卷理科第15题和2015年北京卷文科第16题等.该题选项 D 的设计,增加了试题的新意,体现了命题中传承与创新之间的连续.选项 D 的判断有多种途径,体现了灵活性.以前有利用导数法求与三角函数有关的函数的最值问题,如2014年全国大纲卷理科第 16 题、2016 年全国卷文科第 12 题和 2018 年全国卷理科第 16 题等,但是没有求三角函数切线方程的.该题属于容易题,体现了基础性和创新性.三角函数的极值点容易判断,关键在于把握函数在所给定义域内的图象特征.类似的试题
13、还有全国甲卷理科第11题.与该题的区别是函数图象的右端点是变化的,确定其变化范围的边界,使得在此范围内满足试题的条件“函数 f()x=sinx+3在区间()0,恰有三个极值点、两个零点”,再转化为代数表达式,命题研究 34下半月(高中版)2022年第9期(总第270期)即可求出参数 的取值范围.这种解法充分体现了数形结合思想方法的应用.类似的试题在之前的高考中经常出现,如2016年全国卷理科第12题(难题)和2018 年北京卷文科第 16 题等.与例 2 相比,此类题有一定难度,属于较难题.关于三角函数零点的试题还有全国乙卷理科第15题和北京卷第13题.全国乙卷理科第15题给人的第一感觉有些迷
14、惑,但冷静读题就会发现其求解思路是比较常规的,属于较难题.北京卷第13题属于简单题.此外,关于三角函数的图象变换,在全国甲卷(文科)、浙江卷和天津卷中进行了考查,分别在第5题、第6题和第9题的位置.北京卷第5题考查了逆用倍角公式化简之后求函数单调区间的知识,属于简单题.这些试题都体现了基础性.(2)用数形结合的思想方法研究函数图象:基本方法灵活应用.例 3(全国乙卷文 8)图 1 是下列四个函数中的某个函数在区间-3,3 的大致图象,则该函数是().图1-3311Oxy(A)y=-x3+3xx2+1(B)y=x3-xx2+1(C)y=2x cos xx2+1(D)y=2 sin xx2+1考查
15、目标:试题考查学生对数形结合思想方法的理解和灵活应用能力,考查学生对函数图象研究方法的掌握程度.命题意图:图 1 中最直观的信息是该函数的图象关于原点对称,猜想它对应的函数是奇函数,但所给选项均满足此条件,要另辟蹊径求解,因此该题能考查学生面对问题时表现出来的综合素养.在进一步选择方法时:一种是依据特殊点取值情况判断,如x=1对应的函数值大约为 1;另一种是通过函数零点进行判断,即函数在区间()1,3 内有一个零点.不同的选择方法会导致求解过程的繁简程度出现很大差异.学生能否在全面观察的基础上进行方法的选择,就体现了学生对函数图象研究方法的掌握程度和思维的灵活性,以及他们的数学运算素养.解:首
16、先观察图象,可知该函数为奇函数.当x=1时,对应的函数值大约为1,且在区间()1,3 内存在零点.分别计算四个选项中 x=1 对应的函数值:选项 A,当 x=1 时,y=1;选项 B,当 x=1 时,y=0;选项C,当x=1时,y=cos 1 22;选项D,当x=1时,y=sin 1 b a(B)b a c(C)a b c(D)a c b考查目标:试题考查学生对函数定义的理解,考查学生对利用导数研究函数单调性的方法的掌握情况,以及学生对三角函数的几何意义的理解和应用能力,考查学生分析问题和转化问题的能力.命题意图:在函数主题背景下,运用求解函数单调性的一般性方法导数法,研究与三角函数有关的函数
17、的单调性问题,并利用函数的单调性判断函数值的大小,最终达到解决比较大小问题的目的.在求解该题时,需要用函数的观点观察这些“凌乱”的数值,抽象出其中的共性.例如,这些数值都可以看作某个数进行某些运算的结果,而这个数就是函数自变量的一个取值,从而构建一个函数,借助函数的性质展开研究,包括一般函数的单调性和三角函数的几何意义.因此,该题很好地考查了学生利用函数视角审视研究对象的意识和能力,考查了学生的数学抽象素养,以及学生分析、联系进而转化问题的能力.解:设 f()x=cos x+12 x2-1()0 x 1,则 f()x=x-sin x.设 g()x=x-sin x()0 x 0.故 g()x 在
18、()0,1 单调递增,即 g()x g()0=0,即 f()x 0.所以 f()x 在()0,1 单调递增.所以 f 14 f()0=0.所以 cos14 3132.所以 b a.利用三角函数线,可知当 x 0,2 时,tan x x.所以 tan 14 14,即sin 14cos14 14.所以 4 sin 14 cos14.所以 c b.综上所述,c b a.故答案选A.命题评价:该题表面上看是三角函数相关试题,但其求解方法是利用导数研究函数的性质,因此解题的关键是构造函数.为了比较b与c的大小,在构造函数时,关键是确定自变量的值,进而确定函数的形式,这是难点.该题与2021年全国乙卷理科
19、第12题的求解思路是一致的,对学生的观察能力和思维的灵活性要求非常高.为了比较c与b的大小,利用比商法进行了化简,这种思路也是不容易想到的.与例 4 相命题研究 36下半月(高中版)2022年第9期(总第270期)比,该题思路新颖,使用的方法本质一致,但需要构造函数,且需要综合应用多种方法才能求解,属于难题,体现了综合性和创新性.事实上,例2的选项D、例3与本组题的考查意图有相同之处,都是考查基于函数主题的通性、通法,研究三角函数.(4)关于三角恒等变换:找到隐藏的“杀手锏”.例 6(全 国 新 高 考 卷 6)若 sin()+cos()+=2 2cos+4 sin ,则().(A)tan()
20、-=1(B)tan()+=1(C)tan()-=-1(D)tan()+=-1考查目标:试题考查学生对三角恒等变换公式的灵活应用能力,以及观察能力.命题意图:三角恒等变换问题中既有不同的角,又有不同的函数名,需要学生选择公式进行化简.在这个过程中,是将“+”看作一个角,还是看作两个角的和,或者是其他,直接影响学生求解思路的选择.因此,这道试题有助于考查学生观察已知条件灵活处理角和选择方法的能力.解:因为sin()+cos()+=2 2cos+4 sin,所以2sin+4=2 2cos+4 sin ,即 sin+4+=2 cos+4 sin .所以 sin+4 cos -sin cos+4=0.所
21、以 sin+4-=0.解得 -=k-4,k Z.所以 tan()-=-1.故答案选C.命题评价:该题的情境是学生熟悉的,是对教材第5.5节贯穿始终的三角恒等变换思想的考查,也是对具体方法的应用.例如,教材习题 5.5 第 2 题给出“提示:=()+-”,第5.3节例5的“分析”中示范了如何分析此类问题.类比之,破解该题就是要找到角“”“+4”“”之间的关系.该题对学生的观察能力要求较高,要求学生遇到问题后要慎重选择方法,不能盲目动笔.虽然该题使用的公式数量不多,但是要通过逆用、正用公式才能准确求解.该题也可以利用两角和的正弦公式和余弦公式将已知条件中的 sin()+和 cos()+展开,再重新
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