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函数y=f(x)的横坐标伸长到原来的2倍,再向左平移 π 2 个单位长度,所得到的曲线是y= 1 3 sinx的图象,求函数y=f(x)的解析式.

函数y=f(x)的横坐标伸长到原来的2倍,再向左平移 π 2 个单位长度,所得到的曲线是y= 1 3 sinx的图象,求函数y=f(x)的解析式.

要确定函数y=f(x)的解析式,需对已知变换过程进行逆向推导。题目中,f(x)先经横坐标伸长到原来的2倍,再向左平移π2个单位后得到y=13sinx。因此,我们从结果y=13sinx出发,通过逆变换(先逆向平移,再逆向伸缩)反推原函数。

第一步:逆向平移(向右平移π2个单位)

原变换的第二步是“向左平移π2个单位”,其逆操作是向右平移π2个单位。对于函数y=13sinx,向右平移π2个单位后,得到:
y=13sin(xπ2)

第二步:逆向伸缩(横坐标缩短到原来的12

原变换的第一步是“横坐标伸长到原来的2倍”,其逆操作是横坐标缩短到原来的12(即对自变量x进行系数为2的伸缩)。对于上一步得到的函数\(y = \frac{1}{3}\sin\left(x - \frac{\pi}{2}\right)\),缩短横坐标后,得到:
\(y = \frac{1}{3}\sin\left(2x - \frac{\pi}{2}\right)\)

化简解析式

利用三角函数诱导公式\(\sin\left(\theta - \frac{\pi}{2}\right) = -\cos\theta\),化简\(\sin\left(2x - \frac{\pi}{2}\right)\)
\(\sin\left(2x - \frac{\pi}{2}\right) = -\cos 2x\)
代入上式得:
\(y = \frac{1}{3}(-\cos 2x) = -\frac{1}{3}\cos 2x\)

验证结果

为确保正确,正向验证变换过程:

\(f(x) = -\frac{1}{3}\cos 2x\)进行横坐标伸长到原来的2倍,得\(y = -\frac{1}{3}\cos\left(2 \cdot \frac{x}{2}\right) = -\frac{1}{3}\cos x\)

再向左平移\(\frac{\pi}{2}\)个单位,得\(y = -\frac{1}{3}\cos\left(x + \frac{\pi}{2}\right)\)
由于\(\cos\left(x + \frac{\pi}{2}\right) = -\sin x\),因此\(y = -\frac{1}{3}(-\sin x) = \frac{1}{3}\sin x\),与题目条件一致。

结论:函数\(y = f(x)\)的解析式为\(\boxed{-\dfrac{1}{3}\cos 2x}\)

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