浅谈三角函数最值问题

(整期优先)网络出版时间:2021-08-05
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浅谈三角函数最值问题

王菲

福建省建瓯第一中学 353100

摘要:如果将历年高考题目进行统计分析,就能发现涉及范围广、灵活程度高、解题难度大的三角函数最值问题需要我们给予重点关注。本文结合经验,对三角函数最值问题进行分析。

关键词:高中数学;三角函数;最值


综合分析三角函数最值问题的解题思路方法,主要是通过将三角函数的函数值域性质落实到丰富的题目形式中,借以综合考察学生的基础知识、综合能力、数学思维。因此,想要熟练解决三角函数最值问题,必须要熟练掌握三角函数的相关图形和公式,逐步分析题目形式的意志条件和要素,举一反三总结解题的重要思路和方法。

一、采用“配方法”+“换元法”

配方法+换元法是指利用等式变形的手段,通过整体思想将三角函数进行变形转换从而求值。如果函数的表达形式为y=asinx+bcosx或y=sin2x+bsinx+c,即第一,函数形式为三角函数;第二,函数只包括正弦函数和余弦函数;第三,函数的最高次幂为2,则认为该函数满足条件,可以利用配方和换元的方式进行求解。

【例1】

现在已知函数y=sin610ba40008170_html_11df05358fad0e1e.gif +acosx610ba40008170_html_272efde558ff81b1.gif a- 610ba40008170_html_3f847c2851ee28d6.gif 的最大值为1,求a的值。

【分析】

结合题目的函数形式,已知其符合上述条件,首先,向着降低函数的次幂的方向思考,充分发散思维联想,利用已经学习过的同角三角函数的基本关系sin2x+cos2x=1进行整理转化并配方变形,使之成为只含有cosx或者sinx的二次函数,其次,向着三角函数的区间单调规律求最值的方向思考,利用属性结合的方式进行辅助处理,求值。

【求解】

解:y=sinx2+acosx+610ba40008170_html_ac65f7182241ef2b.gif a- 610ba40008170_html_3f847c2851ee28d6.gif

代入sin2x=1-cos2x

则y=1-cos2x+acosx+610ba40008170_html_ac65f7182241ef2b.gif a- 610ba40008170_html_3f847c2851ee28d6.gif

进行配方y=1-(cosx610ba40008170_html_53c72ccc782b28dc.gif2+610ba40008170_html_eaad0d6b5a2b1f1a.gif a2+610ba40008170_html_ac65f7182241ef2b.gif a- 610ba40008170_html_3f847c2851ee28d6.gif

因为-1 610ba40008170_html_54cb80541603147d.gif cosx610ba40008170_html_54cb80541603147d.gif 1

所以

(1)当-2610ba40008170_html_54cb80541603147d.gif a610ba40008170_html_54cb80541603147d.gif 2时,610ba40008170_html_eaad0d6b5a2b1f1a.gif a2+610ba40008170_html_ac65f7182241ef2b.gif a- -610ba40008170_html_62e719fb780896b2.gif =1

则得出a=610ba40008170_html_3f847c2851ee28d6.gif 或a=-4(舍)

(2)当a<-2时,-(-1- 610ba40008170_html_a159bb6fc8ad035f.gif2+610ba40008170_html_eaad0d6b5a2b1f1a.gif a2+610ba40008170_html_ac65f7182241ef2b.gif a- 610ba40008170_html_62e719fb780896b2.gif =1

则得出a=-610ba40008170_html_c6e3b30f2c36a731.gif

(3)当a>2时,-(-1- 610ba40008170_html_a159bb6fc8ad035f.gif2+610ba40008170_html_eaad0d6b5a2b1f1a.gif a2+610ba40008170_html_ac65f7182241ef2b.gif a- 610ba40008170_html_62e719fb780896b2.gif =1

则得出a=- 610ba40008170_html_c6e3b30f2c36a731.gif (舍)

答a=610ba40008170_html_3f847c2851ee28d6.gif 或者- 610ba40008170_html_c6e3b30f2c36a731.gif

【例2】

现在已知有函数 y=sinxcosx+sinx+cosx求解其最大值。

【分析】

结合题目的函数形式,已知其符合上述条件,首先,向着降低函数种类的方向思考,利用相关公式进行换元,将sinx+cosx、sinxcosx均用t表示使其成为仅包含t的一元二次函数,其次,向着一元二次函数单调性求最值的方向思考,利用相关公式,求值。

【求解】

解:假设sinx+cosx=t(610ba40008170_html_b95f8ff26f886a52.gif

且sinxcosx=610ba40008170_html_40590a502b7ece90.gif

代入y=610ba40008170_html_40590a502b7ece90.gif +t

化简得y=610ba40008170_html_62e719fb780896b2.gif t2+t+610ba40008170_html_62e719fb780896b2.gif

当t=610ba40008170_html_aa1fcc547034973c.gif

则得出ymax=610ba40008170_html_62e719fb780896b2.gif +610ba40008170_html_aa1fcc547034973c.gif

二、利用三角函数的有界性

三角函数的有界性是指y=sinx或y=cosx的y值随着x值的变化而变化且变化范围为-1≤y≤1(此处建议利用正弦函数或余弦函数的函数图像进行分析则更加清晰)。如果函数的表达式为y=asin2x+bsinx+c(a≠0)、y=asinx+610ba40008170_html_9c6f790996ec17b.gif sinx-d、y=acosx+610ba40008170_html_9c6f790996ec17b.gif cosx-d ,即第一,函数形式为为三角函数;第二.函数只包括sinx或cosx,则认为该函数满足条件,可以利用三角函数的有界性进行求解最值。

【例3】

现在已知函数y=610ba40008170_html_32bea931a816a1d3.gif ,求解其y的值域。

【分析】

结合题目的函数形式,已知其符合上述条件,首先,分析该函数结构分子分母三角函数同名同角,其次,转化该函数形式并利用三角函数的有界性进行求解。

【求解】

【方法一】

解:y=610ba40008170_html_32bea931a816a1d3.gif

变形y=1+610ba40008170_html_e2aa744feb5d0a91.gif

因为-1≤cosx≤1,也即|cosx|≤1

所以y≥3或y≤610ba40008170_html_85a75a1363c637e5.gif

【方法二】

解:y=610ba40008170_html_32bea931a816a1d3.gif

变形cosx=610ba40008170_html_107c96b47a5429e5.gif

因为-1≤cosx≤1,也即|cosx|≤1

即|610ba40008170_html_107c96b47a5429e5.gif |≤1,

所以y≥3或y≤610ba40008170_html_85a75a1363c637e5.gif

三、采用不等式法

不等式法是指利用不等式变形的手段从而求值。如果函数的表达形式为三角函数不等式,则认为该函数满足条件,可以利不等式法进行求解。

【例4】

现在已知函数y=2cos2x·sinx且有自变量x∈(0,π),求函数的值域。

【分析】

结合题目的函数形式,已知其符合上述条件,因为自变量知x∈(0,π),结合三角函数图像可知因变量y≥0。

【求解】

解:因为x∈(0,π),y≥0

则y=2cos2 x·sinx

y2=4cos4x·sin2x

=2(1-sin2x)(1-sin2x)2sin2x≤2(610ba40008170_html_e75c2adaccecec94.gif3

=2(610ba40008170_html_d8e697c5747fe39f.gif3

=610ba40008170_html_595b082ad7733e30.gif

当1-sin2x=2sin2x

则sinx=610ba40008170_html_40b45ef5881dcf35.gif

ymax=610ba40008170_html_685b08bc37faa56f.gif

所以函数的值域为0≤y≤610ba40008170_html_685b08bc37faa56f.gif

四、采用数形结合法

数形结合法通常是指利用函数图像和函数对照结合的方式,将抽象的函数变化关系进行直观的转化和分析,从而帮助对题目进行分析理解和快速解答。如果函数的表达式为y=

610ba40008170_html_c2d5d66372c98dbe.gif ,可以转化为动态的A(g(x),f(x))点和静止的B(b,a)点的相互关系问题,则认为该函数满足条件,可利用数形结合的方式进行解答。

【例5】

现在已知函数y=2+610ba40008170_html_ffab8a2c0932ed1.gif +cosx,求其ymax和ymin

【分析】

结合题目的函数形式,已知其符合上述条件,利用数形结合的方式,首先,向着已知函数的方向,进行等式变形y=610ba40008170_html_39bb2f5ac3dd0cd.gif =610ba40008170_html_eab8ad8c396f3c7d.gif ;其次,向着数形结合的方向,将其转化为点A(-3,-2)连接点 B(cosx,sinx)直线斜率。

【求解】

解:已知y=610ba40008170_html_39bb2f5ac3dd0cd.gif

=610ba40008170_html_eab8ad8c396f3c7d.gif

是过点A(-3,-2)的圆的切线。

已知圆x2+y2=1的切线为y=kx±610ba40008170_html_708e700d06d79217.gif

则过点A(-3,-2)的圆的切线为-2=-3k±610ba40008170_html_708e700d06d79217.gif

可得k=610ba40008170_html_32b6c08ed27d44e.gif

所以ymax=610ba40008170_html_32b6c08ed27d44e.gif

ymin=610ba40008170_html_8101e9987767333f.gif

结束语:

综合全文可知,全面分析三角函数最值问题,是高中数学重要知识和工具,蕴涵着关键的划归与转化的数学思想,从而学生能够掌握其精髓,提升数学思维。因此,我们必须要彻底认识三角函数最值问题的本质特征,系统思考三角函数最值问题的解决思路,熟练掌握,综合提升,帮助夯实坚实全面的数学素养。

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