本题导读

本题主要考查三角恒等变换及正弦型函数的图象与性质。通过应用二倍角公式与辅助角公式将解析式化为 的标准形式,进而求解其最小正周期以及在给定闭区间上的最大值和最小值,着重考查整体代换思想与基本运算求解能力。

📌【题干】

Question

(2007年天津卷(理)) 已知函数 。

(1) 求函数 的最小正周期;

(2) 求函数 在区间 上的最小值和最大值。

🔍【思路分析】

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  1. 对于(1),展开解析式,利用二倍角的正弦、余弦公式以及辅助角公式将 变形为 形式,再由公式 求解周期;
  2. 对于(2),由 的取值范围求出整体角 的取值范围,结合正弦函数的单调性与图象特征求出该区间内的最大值和最小值。

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函数 在区间 上的最大值为 ,最小值为

✍【详细解析】

Abstract

解: (1) 展开并化简函数 的解析式: 利用二倍角公式 和 ,代入得: 利用辅助角公式逆用两角差的正弦公式化简: 因为 , 所以函数 的最小正周期为:

(2) 因为 , 所以 。 从而可得整体变量的范围为: 令 ,则 。 根据正弦函数 在该区间上的图象与性质:

  • 当 时, 取得最大值 ,此时 的最大值为 ;
  • 当 时, 取得最小值 ,此时 的最小值为 。

综上所述,函数 在区间 上的最大值为 ,最小值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:三角解析式向标准正弦型函数的合一化简,闭区间上三角函数最值的动态范围求解。
  2. 核心方法:整体代换法。将 视为一个整体,将其范围平移、缩放后投影到标准三角函数轴上判断单调临界点。
  3. 避坑指南:在第(2)问求最小值时,区间右端点 已经越过了第三象限,其正弦值为 ,比左端点 0 处的正弦值小,因此最小值在右端点处取得。切忌机械式地只代入端点而不考虑区间内部图象的波峰波谷。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题属于高考解答题中第一道常规三角函数大题。取材于教材中“两角和与差的三角公式”以及“三角函数的图象与性质”的综合课后复习题。
  2. 结论推广:对于任意形如 的复合函数,均可通过辅助角公式化为 ,其在全域上的值域为 。

🔗【关联脉络】

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