本题导读
本题考查二倍角公式,以及三角函数的最值问题。
📌【题干】
Question
(2004年全国卷IV(理)) 函数 的最大值等于 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 统一角度和函数名称:函数式中含有 和 ,利用二倍角余弦公式 进行代换,将整个表达式完全转化为关于 的一元二次结构。
- 换元定义域限制:令 ,因为 ,根据余弦函数的值域特征,新变量 存在严格的闭区间约束: 。
- 配方法求最值:将原式化为关于 的二次函数 ,利用配方法确定其抛物线的对称轴,判定对称轴是否落在区间 内,进而求出该段区间上的最大值。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
解: 利用二倍角余弦公式 ,将原函数解析式变形: 展开多项式并合并同类项:
令 ,因为 ,所以 的取值范围为:
原函数转化为关于 的一元二次函数 :
对该二次函数进行配方:
由此可知,该二次函数对应的抛物线开口向下,其顶点对称轴为: 因为 恰好包含在受限区间 内部, 所以当 (即 )时,函数取得绝对最大值,最大值为抛物线的顶点纵坐标:
答:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:余弦二倍角公式的变形、换元法后二次函数在闭区间上的最值判定。
- 核心方法:配方法、代数换元法。
- 避坑指南:
- 换元后千万不能漏掉新自变量的取值范围 。虽然本题的对称轴 刚好在区间内,直接配方即是答案,但如果遇到对称轴在区间之外的题目(例如对称轴为 ),不加范围直接写顶点坐标就会导致全盘皆输。养成“换元必先写范围”的数理习惯是规避大题扣分的关键。
- 注意二倍角展开时括号外面的负号分配律: ,防止因常数项符号算反而导致结果偏差。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 经典三角求值与一元二次函数最值板块交汇的标准填空题。
- 结论推广: 一般地,对于形如 类型的最值问题,标准统一化图形永远是将其化为 。通过求导或配方法,其临界最值必然在顶角对称轴 (当其模长小于等于1时)或边界端点 处取得。
🔗【关联脉络】
Multi column
知识锚点 (Nodes)
类题演练 (Links)