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15三角函数★★★☆☆
已知函数 f(x)=(sin⁡x−cos⁡x)sin⁡2xsin⁡xf(x) = \dfrac{(\sin x - \cos x)\sin 2x}{\sin x}.
(1) 求 f(x)f(x) 的定义域及最小正周期; (2) 求 f(x)f(x) 的单调递减区间.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由分母不能为零,得 sin⁡x≠0\sin x\ne0,所以定义域为 {x∣x≠kπ, k∈Z}\{x\mid x\ne k\pi,\ k\in\mathbf{Z}\}. 在此定义域内,利用 sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x\sin2x=2\sin x\cos x,得
f(x)=2cos⁡x(sin⁡x−cos⁡x)=sin⁡2x−cos⁡2x−1=2sin⁡(2x−π4)−1f(x)=2\cos x(\sin x-\cos x)=\sin2x-\cos2x-1 =\sqrt{2}\sin\left(2x-\frac{\pi}{4}\right)-1
化简式的周期为 π\pi,所以 π\pi 是原函数的一个正周期. 另一方面,原函数的定义域排除了恰为 {kπ∣k∈Z}\{k\pi\mid k\in\mathbf{Z}\} 的点;若 TT 是原函数的周期,则平移 TT 必须把这组不可取点保持不变,从而 TT 必须是 π\pi 的整数倍. 因此原函数的最小正周期为 π\pi.
\item 由上式可得 f′(x)=22cos⁡(2x−π4)f'(x)=2\sqrt{2}\cos\left(2x-\frac{\pi}{4}\right). 函数递减时
cos⁡(2x−π4)<0\cos\left(2x-\frac{\pi}{4}\right)<0
即存在 k∈Zk\in\mathbf{Z},使
2kπ+π2<2x−π4<2kπ+3π22k\pi+\frac{\pi}{2}<2x-\frac{\pi}{4}<2k\pi+\frac{3\pi}{2}
解得 kπ+3π8<x<kπ+7π8k\pi+\frac{3\pi}{8}<x<k\pi+\frac{7\pi}{8}. 端点处导数为零,但函数在端点及其间的每一点均有定义,故可将递减区间写成相应闭区间;这些区间也不包含被排除的 kπk\pi. 所以单调递减区间为 [kπ+3π8,kπ+7π8]\left[k\pi+\frac{3\pi}{8},k\pi+\frac{7\pi}{8}\right](k∈Zk\in\mathbf{Z}). \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 北京 · 文 · 第 15 题 · 解答题

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