本题导读
本题考查三角恒等变换。核心在于公式法、换元法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2012年北京卷(理)) 已知函数 .
(1)求 的定义域及最小正周期;
(2)求 的单调递增区间.
🔍【思路分析】
破题导航
- 函数解析式恒等化简:
- 观察分式结构,分母为 。利用二倍角公式 展开分子,消去分母项。
- 展开多项式得到 ,利用二倍角余弦公式降幂化简为 。
- 应用辅助角公式 ,将解析式统一为 的标准型。
- 分析定义域与周期性(第 1 问):
- 根据原分式方程分母不为 0 的硬性约束,确定定义域。
- 依据标准型中的 ,利用公式 计算最小正周期。
- 求解单调递增区间(第 2 问):
- 将整体相位视作变量,令 ,解出 的代数区间。
- 核心拦截点:由于第一步确定了定义域中包含离散的禁入断点 ,必须将求出的连续单调区间在断点处强行截断,改写为独立的分开区间。
✅【答案】
点击查看答案
(1) 定义域 ,最小正周期
(2) 递增区间 和 其中
✍【详细解析】
Abstract
(1)求 的定义域及最小正周期
根据原分式函数的定义约束,分母部分绝对不能为 0,即: 因此,函数 的定义域为 。
在合规定义域空间内,应用二倍角正弦公式 对分子进行展开: 消去分子与分母中的公共非零因子 :
再次应用二倍角正弦公式 ,以及二倍角余弦降幂公式 进行替换:
应用两角差的正弦辅助角公式进行统一提炼:
由于标准型中自变量 的核心系数 , 根据正弦函数周期计算公式,最小正周期为:
(2)求 的单调递增区间
已知标准型为 ,其单调性完全由外层正弦函数的增区间决定。 令整体相位处于正弦函数的标准增区间流形内:
各项同时加上 :
各项同时除以 ,求得连续状态下的自变量取值范围:
此时,必须引入第(1)问中确定的定义域禁入断点 对上述区间进行空间裁切。 观察数值可知,由于 ,故断点 恰好精准地落在了每一个连续递增区间的正内部,将该区间一分为二。
因此,必须在 处作强行开界截断,将单调递增区间拆分并规范书写为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:三角函数二倍角通式的消项展开;辅助角公式的相位确定;定义域断点对连续单调区间的截断处理。
- 核心方法:整体代换法;区间去点裁剪法。
- 避坑指南:
- 完全遗漏原函数分母隐含的定义域约束(全题最惨烈翻车点):大量考生在化简出标准型后,直接顺水推舟求出 并作为最终单调区间上交。请死记:任何由分式、对数、根式等初等初等算子构成的三角函数,化简后的新函数必须无条件服从原函数的初始定义域!由于 处无定义,连续的闭区间必须在这里被生生切断。不作断点裁剪,第二问将直接扣除全部结果分。
- 规范书写单调区间时,两段离散区间之间只能用“ 和 ”字或逗号隔开,绝对不能使用并集符号“ ”。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题为2012年北京卷高考理科数学第15题,是全卷大题(解答题)的开篇第一大题。题目以基础的三角恒等变换为载体,在第二问中暗设了“定义域限制单调性”这一极易被忽略的逻辑陷阱,兼顾了基础公式复练与严谨数理逻辑的筛查。
- 结论推广: 在复分析与初等超越函数流形中,本题模型可推广为**“有理分式超越三角函数单调性截断定理”**: 对于任何形如 的函数,求得其全域连续增区间为 。 若算术临界点 严格落在内域(即 ),则其最终合法单调空间的拓扑格式恒表现为如下对偶破缺开闭格式,不随多项式具体系数改变:
🔗【关联脉络】
Multi column
知识锚点 (Nodes)