本题导读

本题考查正弦函数的单调区间与最值,以及正弦函数在区间上的符号。

📌【题干】

Question

(2023年上海卷)已知 ,记 在 的最小值为 ,在 的最小值为 ,则下列情况不可能的是( )

A.  B.  C.  D.

🔍【思路分析】

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  1. 区间特征分析:由闭区间 必须满足下界小于或等于上界可知 。若 ,区间退化为单点 ,则 ,与选项中严格大于或小于 0 的叙述矛盾,故隐含条件为 .
  2. 特例法破局:作为选择题,可通过寻找特殊值 证明 A、B、C 描述的情况可能存在,利用排除法锁定 D。
  3. 逻辑推理分析:若 ,意味着 在区间 上恒为正。由于 ,此区间必须被完全包含在正弦函数的某个正半周期(如 )内,从而限制了 的最大跨度。结合该跨度反推前半段区间 的位置,可验证 是否可能为负。

✅【答案】

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D

✍【详细解析】

Abstract

方法一:特例法(排除法) 由于 且端点值不为0,可知 。区间 与区间 相邻且长度均为 。

  • 验证 A 选项:取 ,则第一个区间为 ,第二个区间为 。两个区间均包含在 内,各处正弦值均大于 0,则最小值 。故 A 选项成立。
  • 验证 C 选项:取 ,则第一个区间为 ,第二个区间为 。在 上,函数值始终为正,故 ;在 上,右端点超过 进入第三象限, ,故 。故 C 选项成立。
  • 验证 B 选项:取 ,则第一个区间为 ,第二个区间为 。在 上,左端点在第三象限,,故 ;在 上,右端点在 轴负半轴,,故 。故 B 选项成立。

综上,排除 A、B、C,不可能的情况为 D。

方法二:逻辑推导与代数证明(反证法) 假设存在某个 ,使得 且 同时成立。

因为 ,即 在区间 上的最小值为正数,意味着对于所有的 ,恒有 。 因此,整个区间 必须完全包含在正弦函数的某个正半周期内。 即存在非负整数 ,使得:

由该不等式组可得:

联立消去 可得:

由于 是非负整数,故 只能等于 0。 将 代入原不等式组 ,解得:

当 时,考察第一个区间 的范围:

此区间完全包含在 内。在这个正半周期内,对所有的 ,恒有 ,从而其最小值 。 这与假设条件 产生矛盾。 故“ 且 ”的情况不可能发生。

故选:D。

📋 【考点归纳与避坑指南】

  1. 核心考点:正弦函数各象限的保号性范围、闭区间上连续函数最值端点的变化特征。
  2. 核心方法:特殊值排除法、反证法与不等式组夹逼法。
  3. 避坑指南:
  • 忽视实际定义域限制:在处理相邻区间的函数最值符号问题时,可以将其转化为“区间移动”模型。把长度恒定的线段在正弦曲线上滑动,观察它先后落入波峰和波谷的情况,有助于直观想象。
  • 特例选取不当下结论:选取特殊值时,要充分利用三角函数的周期性()和特殊角( 等)。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:待补

  2. 核心方法:待补

  3. 避坑指南:待补

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题源于对正弦函数周期性与波峰波谷分布规律的考查,属于考查符号定性分析的动态区间最值问题。
  2. 结论推广:对于任意正弦型函数 ,在相邻区间 和 上,若后半区间全正(),由于靠原点更近的性质,前半区间必然也全正(),即“后段全正,前段必全正”具有拓扑学上的必然性。

🔗【关联脉络】

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