本题导读

本题主要考查三角函数的恒等变换、最小正周期以及闭区间上的最值求解。通过平方差公式和二倍角公式将复杂的三角代数式化简为 的标准形式,进而求解其周期与最值,考查基础运算能力。

📌【题干】

Question

(2003年北京卷(理)) 已知函数 .

(1) 求 的最小正周期;

(2) 若 ,求 的最大值、最小值.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 恒等变换化简:利用平方差公式将 展开并化简为 ,利用二倍角公式将 化为 。

  2. 应用辅助角公式:将化简后的两项式结合,转化为单一的正弦型函数。

  3. 求解周期与最值:根据周期公式 计算最小正周期;结合给定区间确定整体角的范围,利用正弦函数的单调性求解最值。

✅【答案】

Success

(1) 最小正周期为

(2) 最大值为 ,最小值为

✍【详细解析】

Abstract

(1) 求 的最小正周期

对函数 的解析式进行恒等变换:

因 ,且根据二倍角公式 ,,代入得:

利用辅助角公式变形: (亦可化为 )

此时,函数中 。 故 的最小正周期为:

(2) 若 ,求 的最大值、最小值

因为 , 所以 , 进而有 。

根据余弦函数在各区间的单调性:

  • 当 ,即 时, 取得最大值 ;
  • 当 ,即 时, 取得最小值 。

将对应的最值代入 :

  • 最大值为:

  • 最小值为:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:倍角公式与辅助角公式的综合运用, 型函数在闭区间上的性质。

  2. 核心方法:整体代换法。将 视为一个整体参数,通过正余弦基本图像确定其取值边界。

  3. 避坑指南:在求解第 (2) 问时,易直接代入区间端点 和 计算,从而漏掉函数在区间内部取得最值(如 时取得 )的情况。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题属于三角函数大题中的第一道基础题,由教材中异名同角三角代数式的化简方法演变而来。
  2. 结论推广: 对于形如 类型的表达式,当 时可通过平方差公式直接降幂。此类正余弦对称多项式通常均可通过二倍角变换统一转化为关于 的简谐振动方程形式。

🔗【关联脉络】

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