已知函数
圆 (点 在 轴上)与 的图象交于 两点,点 在 轴上,点 的横坐标为 。若圆 的半径为 ,且 ,则函数
的最大值为。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
把两个同频正弦的差直接合成一个余弦,再用余弦在全实数域上的最大、最小值判断振幅。
答案可以保留题面给出的参数;不必先把频率和相位各自解出。
令 、。由和差化积公式,
记 。因为 ,当 遍历实数时,相位 也遍历实数。因此: 若 ,取相位为 ;若 ,取相位为 (),都能使差函数取得 。 对应的自变量分别为
若 ,差函数恒为零,任意实数 都取到最大值。三种系数情形统一得到
这里的最大值是每个符合题设的函数自身的最大值,并不要求不同合法参数给出同一个数。 题设还给 ,所以 。 结合 ,可知 ; 原题允许的参数实际排除了上面 的退化支,所求最大值为正。 这不影响统一公式,也没有在化简时约去可能为零的正弦因子。
圆的条件与上述参数答案相容,但不强制它成为一个固定常数。下面给出两组完整构型。 两组都取圆心 、半径 。 第一组令
它在 处为零,且在 处的函数值分别为 , 对应两点都在圆上。为检查没有其他交点,令 , 圆与图象的交点方程成为
左边是偶函数。在 时它小于 ;在 时, 取等将要求 ,也不可能。 在 上,左边的导数 不小于 。 由于 确为一根,全部交点恰为 ,即原指定的两个横坐标。 这组函数的差函数最大值为 。
第二组令
同样满足零点条件,两指定横坐标上的函数值均为 。 令 ,交点方程为
在 时左边严格小于 ;在 时,其导数 。 故全部根恰为 ,也恰有原指定的两个交点。 这组最大值为 。 两组均满足 ,而最大值不同。 参数公式分别给出这些值,没有改求所有合法参数的集合,也没有把未验证的交点当成全部交点。
处理同频函数的平移差时,先合并三角项,再核系数符号和相位的实际取值域。只要频率非零,全实数自变量就能实现余弦的两个端值,所得振幅是真正最大值;额外的几何信息不必被用来强行制造无参数常数。
把同频正弦的平移差化成单一余弦,保留题面给定参数,并核系数符号、全实相位取遍与最大值确能取得。
核心工具:三角恒等变形
已记下,谢谢!