本题导读
本题考查三角恒等变换。核心在于辅助角公式法、整体代换法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2004年重庆卷(理)) 求函数 的最小正周期和最小值;并写出该函数在 上的单调递增区间.
🔍【思路分析】
破题导航
- 项重组与恒等变换降幂:
- 将四次项组合在一起变形为 ,利用同角平方和为 1 简化,再套用二倍角余弦公式化为 。
- 中间项 直接套用二倍角正弦公式化为 。
- 辅助角公式合成标准型:将化简后的 利用辅助角公式 合并,从而清晰展现振幅 、角速度 与初相 。
- 求解周期、最值与单调区间:
- 周期由公式 决定。
- 最小值由正弦函数边界值 决定。
- 求解单调递增区间时,将整体自变量 置于正弦函数的标准单调递增区间 内进行解集夹逼,最后取与 的交集。
✅【答案】
Success
最小正周期 ,最小值 ;单调递增区间 和
✍【详细解析】
Abstract
第一步:代数式恒等变换与降幂化简 原函数解析式为: 将首尾两项利用平方差公式进行重组因式分解,将中间项套用二倍角正弦公式: 代入同角三角函数基础关系式 ,以及二倍角公式 , : 调整项的代数顺序,化简为:
第二步:利用辅助角公式合并提取 提取系数平方和根值 : 由于 ,逆用两角和与差的正弦公式化简为:
第三步:计算最小正周期与最小值
- 最小正周期 : 因为复合角自变量 的系数(角速度) ,所以最小正周期为:
- 最小值 : 对于任意实数 ,正弦函数的值域范围恒满足 . 因此,当 时,函数取得全局最小值为:
第四步:求解在区间 上的单调递增区间 令标准正弦函数的整体自变量落在其标准的单调递增区间上: 各项同时加上 隔离变项: 各项同时除以 2,解得该函数内的单调递增区间集合为:
题目要求限定在闭区间 内,我们对整数 实施离散穷举取交集:
- 当 时,单调增区间为 ,与 取交集得: ;
- 当 时,单调增区间为 ,与 取交集得: .
综上所述,函数在 上的单调递增区间为 和 .
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:四次幂平方差变换向二倍角公式的化归机制;辅助角公式 的准确提取;利用整体换元法求解复合三角函数的单调性区间。
- 核心方法:二倍角降幂法、整体变量夹逼法。
- 避坑指南:
- 化简四次项时正负号看错:注意 .很多学生由于粗心漏掉外侧的负号,直接算成 ,导致后续初相完全错误。
- 遗漏单调区间在边界处的截断:在求出增区间后,必须强制与题目要求的 范围求交集。左边界 必须被截断到 ,右边界 必须被截断到 ,防止因区间溢出导致扣分。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是考查三角函数图象与性质(复杂齐次三角系统)的标准大纲解答题第一题,属于中等难度基础题。
- 结论推广: 本题涉及的转化结构属于通用的二次齐次三角运算线性化模型.一般地,对于任意二次齐次多项式图形 ,通过套用半角公式与二倍角通式,均能完整且无条件地退化线性化为标准的一维简谐振动方程 .
🔗【关联脉络】
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