三角函數(shù)最值問題通常綜合考查三角函數(shù)的基本公式、性質(zhì)、圖象的應用.這類問題的命題形式多樣,解法也各不相同.下面結(jié)合一道例題,談一談解答三角函數(shù)最值問題的幾種方法.
題目:已知+=1,求+的最小值.
解法一:柯西不等式法
柯西不等式是解答最值問題常用的方法.柯西不等式即:對于實數(shù)a,b,c,d,(a2+b2)(c2+d2)≥(ac+bd)2,當且僅當ad=bc時取等號.運用柯西不等式解題,需對代數(shù)式進行適當?shù)淖冃?,使其與柯西不等式的形式一致.
解:因為+=1,
根據(jù)柯西不等式得(cos2α+sin2α)(+)≥(+)2=1,
當且僅當a2 cos2α=b2 sin2α時等號成立,即+≥1.
我們先根據(jù)同角的三角函數(shù)關系式sin2α+cos2α=1進行代換,便能配湊出兩式的平方和;再根據(jù)柯西不等式求+的最小值;最后需檢驗等號成立的條件是否滿足題意.
解法二:利用三角函數(shù)的性質(zhì)
對于含有正弦、余弦函數(shù)的三角函數(shù)最值問題,通??衫幂o助角公式asin x+bcos x=sin(x+φ)(其中tanφ=)、誘導公式、兩角和差公式等進行三角恒等變換,將函數(shù)式化為只含一種函數(shù)名稱的式子,這樣就可以直接根據(jù)正弦、余弦、正切函數(shù)的有界性和單調(diào)性來求最值.
解:因為+=1,
則bcosα+asinα=ab,
所以sin(α+φ)=,所以||≤1,即a2b2≤a2+b2,可得+≥1.
我們用輔助角公式將已知關系式化簡為sin(α+φ),即可根據(jù)正弦函數(shù)的有界性建立關系式||≤1,從而求得目標式的最值.在利用三角函數(shù)的性質(zhì)求最值時,往往要先根據(jù)題意確定自變量的取值范圍.
解法三:數(shù)形結(jié)合法
運用數(shù)形結(jié)合法,可將復雜的代數(shù)問題轉(zhuǎn)化為直觀的幾何問題來研究,也可將復雜的幾何問題轉(zhuǎn)化為簡單的代數(shù)運算問題來求解.對于三角函數(shù)最值問題,我們可以將某個角的三角函數(shù)值看作直角坐標系中的點,根據(jù)三角函數(shù)的定義構(gòu)造出圓、直角三角形等,就可以根據(jù)圓、直角三角形的性質(zhì)尋找到目標式取得最值的情形,從而順利解題.
解:設點M(cosα,sinα)在圓x2+y2=1上,
所以直線+=1與圓x2+y2=1相交或相切,
所以圓心到直線的距離d=
所以+≥1.
將+=1視為直線,并構(gòu)造單位圓x2+y2=1,即可根據(jù)直線與圓的位置關系建立關系式,從而求得+的最小值.
解法四:向量法
在解答三角函數(shù)最值問題時,我們通常可根據(jù)已知關系式的特點,將其與向量的數(shù)量積、模的公式關聯(lián)起來,以構(gòu)造出向量模型,通過向量的運算求得最值.
解:令=(cosα,sinα),=(,),
則?=+=1,
因為?≤||?||,
所以1≤?b(1)2,即+≥1.
設=(cosα,sinα),=(,),即可根據(jù)向量的數(shù)量積得出+=?=1.再根據(jù)關系式?≤||?||,就能求得目標式的最值.
可見,解答三角函數(shù)最值問題,可以利用向量、平面幾何圖形的性質(zhì)、柯西不等式、三角函數(shù)的性質(zhì)等知識來求解.同學們要學會根據(jù)不同的知識點,來尋找解題的思路,這樣便能拓寬解題的思路,優(yōu)化解題的方案.
(作者單位:江蘇省東臺市唐洋中學)