摘 要: 三角函數(shù)是高中數(shù)學(xué)中重要的內(nèi)容之一,而最值問(wèn)題的求解是三角函數(shù)的重要題型,在近幾年的高考題中經(jīng)常出現(xiàn),極具靈活性。它往往與二次函數(shù)、三角函數(shù)圖像、函數(shù)的單調(diào)性等知識(shí)聯(lián)系在一起,在求解時(shí),一要注意三角函數(shù)式的變形方向,二要注意正、余弦函數(shù)本身的有界性,還要注意靈活選用方法。本文介紹三角函數(shù)最值問(wèn)題的一些常見(jiàn)類(lèi)型的解題方法。
關(guān)鍵詞: 三角函數(shù) 最值問(wèn)題 解法
1.引言
三角函數(shù)是重要的數(shù)學(xué)運(yùn)算工具也是高中數(shù)學(xué)中重要的內(nèi)容之一,而最值問(wèn)題的求解是三角函數(shù)的重要題型,在近幾年的高考題中經(jīng)常出現(xiàn),極具靈活性.這部分內(nèi)容是一個(gè)難點(diǎn),它對(duì)三角函數(shù)的恒等變形能力及綜合應(yīng)用要求較高.它往往與二次函數(shù)、三角函數(shù)圖像,函數(shù)的單調(diào)性等知識(shí)聯(lián)系在一起,解決這一類(lèi)問(wèn)題的基本途徑,同求解其他函數(shù)最值問(wèn)題一樣,一方面應(yīng)充分利用三角函數(shù)自身的特殊性(如有界性等),另一方面還要注意將求解三角函數(shù)最值問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求一些我們所熟知的函數(shù)(二次函數(shù)等)最值問(wèn)題.
2.利用配方法
我們?cè)趯W(xué)習(xí)一元二次方程解法(ax+bx+c=0其中a≠0)和一元二次函數(shù)(y=ax+bx+c其中a≠0)的時(shí)候就已經(jīng)知道了配方法.其要旨是加減一次項(xiàng)系數(shù)一半的平方.以下我們把它遷移到三角函數(shù)求最值中,注意先把三角函數(shù)化同名,然后利用配方法.
例1.求y=sinx+cosx+5的最值.
解:y=1-cosx+cosx+5
=-cosx+cosx+6
=-(cosx-)+
當(dāng)cosx=時(shí),y取最大值,y=;
當(dāng)cosx=-1時(shí),y取最小值,y=.
本方法是仿二次函數(shù)的配方法,應(yīng)用面比較廣,也容易領(lǐng)會(huì).只要有一個(gè)三角式或兩個(gè)三角式是二次的就可以使用,該方法使用于以下各種類(lèi)型的三角函數(shù)求最值問(wèn)題:
y=asinθ+bcosθ+c?搖y=acosθ+bsinθ+c
我們?cè)谧鲞@一類(lèi)問(wèn)題時(shí)一定要考慮對(duì)稱(chēng)軸的位置.
3.利用換元法
換元法是通過(guò)換元,把復(fù)雜的函數(shù)簡(jiǎn)單化,求出新函數(shù)定義域,運(yùn)用熟悉的求常見(jiàn)代數(shù)函數(shù)的最值方法求解.換元是互相的,可以把三角函數(shù)換作非三角函數(shù),也可以將非三角函數(shù)換作三角函數(shù)來(lái)求解.因此在考慮問(wèn)題的時(shí)候我們就要多角度思考.
例3.求函數(shù)y=sinxcosx+sinx+cosx的最大值.
解:設(shè)sinx+cosx=t(由類(lèi)型2知|t|≤)
則1+2sinxcosx=t
即sinxcosx=
∴y=+t=(t+1)-1(-≤t≤)
∴當(dāng)t=時(shí),y=(+1)-1=+.
本題是將一個(gè)三角函數(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)問(wèn)題求解,簡(jiǎn)單易用,主要適用于f(sinx±cosx,sinxcosx)函數(shù)類(lèi)的求最值問(wèn)題.該方法的本質(zhì)是將一個(gè)非三角函數(shù)問(wèn)題利用換元的方法化為三角函數(shù)的問(wèn)題,簡(jiǎn)便易用.
4.利用有界性
在三角函數(shù)中,正弦函數(shù)與余弦函數(shù)具有一個(gè)最基本也是最重要的特征——有界性,利用正弦函數(shù)與余弦函數(shù)的有界性是求解三角函數(shù)最值的最基本方法.
例4.求函數(shù)y=的最值.
解:將原函數(shù)變形為:sinx-ycosx=-2y-1
即sin(x-θ)=-(其中θ=arctany)
利用|sin(x-θ)|≤1,即||≤1
平方整理得-≤y≤0
故y=-,y=0.
本題是充分利用了函數(shù)有界性的原理,把三角函數(shù)化做非三角函數(shù)問(wèn)題求解,此種方法可以適用于以下類(lèi)型的函數(shù)求解問(wèn)題:
y=(或y=),y=,等等.
5.利用基本不等式
利用基本不等式求函數(shù)的最值,要合理地拆添項(xiàng)、湊常數(shù),同時(shí)要注意等號(hào)成立的條件,否則會(huì)陷入誤區(qū).
例5.求函數(shù)y=msecx+ncscx的最值.
解:y=m+n+mtanx+ncotx≥m+n+2|mn|,
故y有最小值m+n+2|mn|,無(wú)最大值.
本題采用了已有的不等式結(jié)論,大大地簡(jiǎn)化了解題思路.不過(guò)這種方法不是很容易就有的,而是要靠平時(shí)的積累而來(lái).
6.利用單調(diào)性
函數(shù)在其定義域上都是有其增減性的,我們?cè)诳紤]三角函數(shù)最值時(shí)要好好利用這一知識(shí)點(diǎn),把三角函數(shù)化作一種常見(jiàn)函數(shù)形式,再利用其單調(diào)性求最值,不失為一種好方法.
例6.求函數(shù)y=log+log在-≤x≤上的最值.
解:將原函數(shù)化為y=logcosx
此函數(shù)在[-,0]上遞增,在[0,]上遞減.
所以y=0,y=-.
本題要求要熟悉常見(jiàn)函數(shù)的單調(diào)性才可以靈活運(yùn)用.
7.結(jié)語(yǔ)
以上總結(jié)了中學(xué)有關(guān)三角函數(shù)求最值的8種方法,每一種方法都是我們平時(shí)學(xué)習(xí)中常見(jiàn)的方法,可見(jiàn)方法來(lái)源于實(shí)踐,實(shí)踐出真知.方式方法的多樣性體現(xiàn)的是思維模式的多元化,這是學(xué)生數(shù)學(xué)能力得到提高的直接體現(xiàn).
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