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  • 三角函数最值问题的探究

    日期:2006-03-10  地址:  作者:章玉龙
    三角函数最值问题的探究

    张家港市港区高级中学    章玉龙   215633

    三角函数的最值问题题型广,涉及的知识面宽,而且在解法上灵活多变,能较好地体现数学思想方法的应用,因而一直是高考的热点和重点。
    一、化为y=Asin(ωx+ψ)求最值
    这类函数的定义域、值域、图象、周期性、单调性、最值构成了三角函数中最基本的内容,因而是求最值的重要方法。
    例1、(1996年高考题)当-π2≤x≤π2时,函数f(x)=sinx+3 cosx的(   )
    A、最大值是2,最小值是-2         B、最大值是1,最小值是-12 
    C、最大值是1,是小值是-1         D、最大值是2,最小值是-1
    简解:f(x)=sinx+3 cosx=2sin(x+π3 )
    Θ-π2≤x≤π2,   ∴-π6 ≤x+ π3 ≤5π6 
    ∴-12 ≤(x+π3 )≤1,从而-1≤f(x)≤2,故选(D)。
    评析(1)形如y=αsinx+bcosx的函数可化为函数y=a2+b2 sin(x+ψ)(其中cosψ=aa2+b2 ,sinψ=ba2+b2 )。
    例2(2000年高考题)已知函数y=12 cos2x+ 32 sinxcosx+1,x∈R。
    (1)当函数y取得最大值时,求自变量x的集合;
    (2)该函数的图象可由y=sinx(x∈R)的图象经过怎样的平移和伸缩变换得到?
    (1)简解:所给函数可化为
    y= 14 cos2x+ 34 sin2x+ 54 =12 sin(2x+ π6 )+ 54 。
    y取得最大值必须且只需2x + π6 =2kπ+ π2 , 即x=kπ+ π6 (k∈z),故所求集合为{x︱x=kπ+π6 , k∈z}。此时y的最大值= 74 
    例7 求函数y= 2-sinx2-cosx 的最值
    解:运用正余弦函数的有界性求解。
    去分母得:sinx+ycosx=2-2y
    即:sin(x+ψ)= 2-2y1+y2 
    ∵︱sin(x+ψ)︱≤1
    ∴∣2-2y1+y2 ︱≤1
    解之得:4-73 ≤y≤4+73 
    故ymin= 4-73 , ymax= 4+73 
    借助y=Asin(ωx+ψ)的有界性,可解决三角函数最值问题.
    二、化为二次函数求最值
    这类问题的求解思路为通过换元,转化为二次函数在某一区间上的最值问题,利用二次函数的图象和性质求最值.
    例3 函数y=cos2-3cosx+2 的最小值是(  )(1997年高考题)
    A.2         B.0        C.-14         D.6
    解:设cosx=t∈[-1,1],则原函数可化为
    f(t)=t2-3t+2,t∈[-1,1]
    f(t)=(t-32 )2-14 
    此函数在[-1,1]上为减函数。
    ∴f(t)的最小值为f(1)=0。
    即原函数的最小值为0,故选(B)
    例4 函数y=sinxcox+sinx+cosx的最大值是       。(1992年高考题)
    解:设sinx+cosx=t,则t∈[-2 ,2 ],sinxcosx= t2-12 ,于是原函数转化为:
    f(t)= t2-12 +t= 12 (t+1)2-1 , t∈[-2 ,2 ]  , ∴当t=2 时,f(t)的最大值为f(2 )= 12 + 2 。
    即原函数的最大值为12 + 2 。
    三、利用基本不等式求最值
    例5 设复数z=3cosθ+isinθ,求函数y=tan(θ-argz)(0<θ<π2)的最大值及对应的θ的值。(1999年高考题)
    解:由0<θ<π2得tan>θ
    由z=3cosθ+isinθ得
    tan(argz)=sinθ3cosθ =13 tanθ
    故y=tan(θ-argz)
    = tanθ-13tanθ1+ 13tan2θ 
    =23tanθ +tanθ
    ∵3tanθ +tanθ≥23 
    ∴23tanθ +tanθ ≤33 
    当且仅当3tanθ =tanθ(0<θ<π2)时,
    即tanθ=3 时,上式取等号。
    所以当θ= π3 时,函数y取得最大值33 .
    四、利用函数的单调性求最值
    例6 求函数y=sinx+ 2sinx (0<x<π)最小值。
    分析:此函数虽满足均值不等式求最值的前两个条件,但不能保证第三个条件sinx=2 成立,故需转化为特殊函数y=x+ ax 型,利用函数单调性求解。
    设sinx= t∈(0,1],函数y= t+ 2t 在t∈(0,1]上是减函数,所以t=1即sinx=1时,ymin=3.
    以上只是归纳了求三角函数最值的几种常用的方法,象数形结合法、构造法等数学方法也可作为求三角函数最值的一种补充,这里不在赘述。

    Tags:探究 问题 三角函数
    作者:章玉龙

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