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三角函数的最值问题是三角函数基础知识的综合应用,是高考常考内容之一.解这类题,不仅用到三角函数中的各种知识,而且涉及求最值的诸多方法,因此成为高考命题的热点.为了使同学们更好地掌握这部分内容,现就其常见类型及解法进行例析.
1.形如y=asinx+bcosx的函数
特点是含有正、余弦函数,并且是一次式.解决此类问题的指导思想是把正、余弦函数转化为只有一种三角函数,即引入辅助角,转化为y=a2+b2sin(x+φ),其中tanφ=ba.
例1 已知x∈-π2,π2,求函数f(x)=sinx+3cosx的最值.
解 f(x)=sinx+3cosx=212sinx+32cosx
=2sinx+π3.
∵-π2≤x≤π2,∴-π6≤x+π3≤5π6.
∴sinx+π3有最小值-12,最大值1.
∴f(x)有最小值-1,最大值2.
2.形如y=asin2x+bsinxcosx+ccos2x的函数
特点是含有sinx,cosx的二次式.处理方式是降幂,再化为类型1的形式来解.即通过降次转化为y=Asin2x+Bcos2x+C.
例2 求y=sin2x+2sinxcosx+3cos2x的最小值,并求出y取最小值时x的集合.
解 y=sin2x+2sinxcosx+3cos2x
=(sin2x+cos2x)+sin2x+2cos2x
=1+sin2x+1+cos2x
=2+2sin2x+π4.
当sin2x+π4=-1时,y取最小值2-2,此时x的集合为{x|x=kπ-38π,k∈Z}.
3.形如y=asin2x+bcosx+c的函数
特点是含有sinx,cosx,并且其中一个是二次.处理方式是应用sin2x+cos2x=1,使函数式只含有一种三角函数,再应用换元法,转化成二次函数来求解.
例3 已知k<-4,求函数y=cos2x+k(cosx-1)的最小值.
解 配方,得y=2cos2x+kcosx-k-1
=2cosx+k42-k28-k-1.
∵k<-4,即k4<-1.
故当cosx=1时,y有最小值2×1+k-k-1=1.
∴函数的最小值为1.
4.形如y=asinx+cbcosx+d的函数
特点是一个分式,分子、分母分别会有正、余弦的一次式.处理方式是转化为类型1的方法去解决.
例4 求函数y=2-sinx2-cosx的最大值和最小值.
解 将y=2-sinx2-cosx化为sinx-ycosx=2-2y,
即sin(x+φ)=2-2y1+y2.
由|sin(x+φ)|≤1,即|2-2y|1+y2≤1,
解得4-73≤y≤ 4+73.
所以函数y的最小值为4-73.
5.形如y=acosx+bccosx+d或y=asinx+bcsinx+d的函数
特点也是一个分式,分子、分母都是正、余弦的一次式.处理方式是用分离法,即用|cosx|≤1或|sinx|≤1来解决.
例5 求函数y=2+cosx2-cosx(x∈R)的最大值.
解 ∵y=2+cosx2-cosx,
∴2y-ycosx=2+cosx,∴cosx=2y-2y+1.
∵|cosx|≤1,∴2y-2y+1≤1.
从而可得(2y-2)2≤(y+1)2,即3y2-10y+3≤0,
解得13≤y≤3,∴y的最大值为3.
6.形如y=(sinx+a)(cosx+b)的函数
其特点是含有或经过化简整理后出现sinx+cosx与sinxcosx的式子.处理方式是应用(sinx+cosx)2=1+2sinxcosx进行转化,即令t=sinx+cosx,把已知函数式化为关于t的二次函数问题.
例6 求y=2sinxcosx+sinx+cosx的最大值.
解 令sinx+cosx=t,(-2≤t≤2),则1+2sinxcosx=t2,
∴2sinxcosx=t2-1,∴y=t2-1+t=t+122-54.
根据二次函数的图像,解出y的最大值是1+2.
通过这一归纳整理,大家对有关三角函数最值的问题就不会陌生了.并且好多其他的求最值的问题可以通过适当的三角变换,结合化归与转化、函数与方程的思想,转化为三角函数求最值的问题.
1.形如y=asinx+bcosx的函数
特点是含有正、余弦函数,并且是一次式.解决此类问题的指导思想是把正、余弦函数转化为只有一种三角函数,即引入辅助角,转化为y=a2+b2sin(x+φ),其中tanφ=ba.
例1 已知x∈-π2,π2,求函数f(x)=sinx+3cosx的最值.
解 f(x)=sinx+3cosx=212sinx+32cosx
=2sinx+π3.
∵-π2≤x≤π2,∴-π6≤x+π3≤5π6.
∴sinx+π3有最小值-12,最大值1.
∴f(x)有最小值-1,最大值2.
2.形如y=asin2x+bsinxcosx+ccos2x的函数
特点是含有sinx,cosx的二次式.处理方式是降幂,再化为类型1的形式来解.即通过降次转化为y=Asin2x+Bcos2x+C.
例2 求y=sin2x+2sinxcosx+3cos2x的最小值,并求出y取最小值时x的集合.
解 y=sin2x+2sinxcosx+3cos2x
=(sin2x+cos2x)+sin2x+2cos2x
=1+sin2x+1+cos2x
=2+2sin2x+π4.
当sin2x+π4=-1时,y取最小值2-2,此时x的集合为{x|x=kπ-38π,k∈Z}.
3.形如y=asin2x+bcosx+c的函数
特点是含有sinx,cosx,并且其中一个是二次.处理方式是应用sin2x+cos2x=1,使函数式只含有一种三角函数,再应用换元法,转化成二次函数来求解.
例3 已知k<-4,求函数y=cos2x+k(cosx-1)的最小值.
解 配方,得y=2cos2x+kcosx-k-1
=2cosx+k42-k28-k-1.
∵k<-4,即k4<-1.
故当cosx=1时,y有最小值2×1+k-k-1=1.
∴函数的最小值为1.
4.形如y=asinx+cbcosx+d的函数
特点是一个分式,分子、分母分别会有正、余弦的一次式.处理方式是转化为类型1的方法去解决.
例4 求函数y=2-sinx2-cosx的最大值和最小值.
解 将y=2-sinx2-cosx化为sinx-ycosx=2-2y,
即sin(x+φ)=2-2y1+y2.
由|sin(x+φ)|≤1,即|2-2y|1+y2≤1,
解得4-73≤y≤ 4+73.
所以函数y的最小值为4-73.
5.形如y=acosx+bccosx+d或y=asinx+bcsinx+d的函数
特点也是一个分式,分子、分母都是正、余弦的一次式.处理方式是用分离法,即用|cosx|≤1或|sinx|≤1来解决.
例5 求函数y=2+cosx2-cosx(x∈R)的最大值.
解 ∵y=2+cosx2-cosx,
∴2y-ycosx=2+cosx,∴cosx=2y-2y+1.
∵|cosx|≤1,∴2y-2y+1≤1.
从而可得(2y-2)2≤(y+1)2,即3y2-10y+3≤0,
解得13≤y≤3,∴y的最大值为3.
6.形如y=(sinx+a)(cosx+b)的函数
其特点是含有或经过化简整理后出现sinx+cosx与sinxcosx的式子.处理方式是应用(sinx+cosx)2=1+2sinxcosx进行转化,即令t=sinx+cosx,把已知函数式化为关于t的二次函数问题.
例6 求y=2sinxcosx+sinx+cosx的最大值.
解 令sinx+cosx=t,(-2≤t≤2),则1+2sinxcosx=t2,
∴2sinxcosx=t2-1,∴y=t2-1+t=t+122-54.
根据二次函数的图像,解出y的最大值是1+2.
通过这一归纳整理,大家对有关三角函数最值的问题就不会陌生了.并且好多其他的求最值的问题可以通过适当的三角变换,结合化归与转化、函数与方程的思想,转化为三角函数求最值的问题.