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2021 年江西预赛
F3填空题函数的值域
函数
f(x)=(1+x2)2x−x3
的值域是。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:[−41,41]
解析
思路
分式中的 1+x2 提示令 x=tanθ, 原式可连续化为一个四倍角正弦。
解答
令
x=tanθ,−2π<θ<2π.
则
f(x)=1+x2x⋅1+x21−x2=(sinθcosθ)cos2θ=21sin2θcos2θ=41sin4θ.
显然 −1/4≤f(x)≤1/4。并且例如取 θ=π/8 或 −π/8,相应实数 x=tanθ 可使 sin4θ=±1,所以两个端点均能取得。 故值域为
[−41,41].
复核
x=tanθ 在给定开区间与全体实数之间一一对应; 取得极值的 θ=±π/8 均在区间内,故值域端点应闭合。
方法总结
分母为 (1+x2)2 且分子含 x(1−x2) 时, 正切代换会同时产生 sin2θ 与 cos2θ,再合成为四倍角。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
需辨认x/(1+x平方)与(1-x平方)/(1+x平方)的三角结构,化为四倍角正弦并检查换元覆盖实轴。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:整体换元并求新变量范围、三角恒等变形
专题卡:根式、分式求值域:换一个新变量,并求准它的范围