題目
Problem
The absolute maximum value of f(x)=2−cosxsinx over the closed interval [0,π] is (3). The absolute minimum value of f(x) over [0,π] is (4).
解答
(3)、(4)
解法一:閉區間極值檢查
思路
展開
- 這是閉區間上的絕對極值問題,標準流程是找臨界點並比較端點。
- 分母 2−cosx 在 [0,π] 上恆不為零,所以函數在整個閉區間連續。
- 找完臨界點後,把 x=0,3π,π 代回去比較即可。
答題過程
展開
先求導:
f′(x)===(2−cosx)2cosx(2−cosx)−sinx(sinx)(2−cosx)22cosx−cos2x−sin2x(2−cosx)22cosx−1
令 f′(x)=0:
2cosx−1=0⇒x=3π
比較端點與臨界點:
f(0)=f(3π)=f(π)=02−2123=330
因此絕對最大值為 33,絕對最小值為 0。
所以第 (3) 格答案為 33,第 (4) 格答案為 0。
解法二:改用 cosx 比較
思路
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- 在 [0,π] 上,sinx≥0 且 2−cosx>0,所以 f(x)≥0。
- 因此絕對最小值很容易先看出來是端點的 0。
- 要找最大值,可令 u=cosx,再最大化 f2,避免處理三角函數的商數求導。
答題過程
展開
因為在 [0,π] 上有 sinx≥0,而 2−cosx>0,所以
f(x)=2−cosxsinx≥0
又 f(0)=f(π)=0,所以絕對最小值為 0。
接著找最大值。令 u=cosx,則 u∈[−1,1],且
[f(x)]2==(2−cosx)2sin2x(2−u)21−u2
令
g(u)=(2−u)21−u2
求導:
g′(u)===(2−u)4(−2u)(2−u)2−(1−u2)⋅2(2−u)(−1)(2−u)42(2−u)[(1−u2)−u(2−u)](2−u)32(1−2u)
所以最大值候選點為
1−2u=0⇒u=21
也就是 cosx=21,故 x=3π。代回:
f(3π)=2323=33
因此絕對最大值為 33,絕對最小值為 0。
也可以不解出 x=3π,直接把 u=21 代到 g(u) 得 g(u) 的最大值:
g(21)==(2−21)21−(21)231
由於 g(u)=[f(x)]2,
這說明 f(x) 的最大值為 31=33 。