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20三角函数★★★☆☆
已知函数 f(x)=2sin⁡x(sin⁡x+cos⁡x)f(x)=2\sin x(\sin x+\cos x).
(1) 求函数 f(x)f(x) 的最小正周期和最大值; (2) 在给出的直角坐标系中,画出函数 y=f(x)y=f(x) 在区间 [−π2,π2]\left[-\frac\pi2,\frac\pi2\right] 上的图象.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由二倍角公式,
f(x)=2sin⁡2x+2sin⁡xcos⁡x=1−cos⁡2x+sin⁡2x=1+2sin⁡(2x−π4)f(x)=2\sin^2x+2\sin x\cos x=1-\cos2x+\sin2x =1+\sqrt2\sin\left(2x-\frac\pi4\right)
因此函数的最小正周期为
T=2π2=πT=\frac{2\pi}{2}=\pi
且因为正弦函数的最大值为 11,所以 f(x)f(x) 的最大值为 1+21+\sqrt2.
\item 直接代入可得 f(−π2)=2f\left(-\frac\pi2\right)=2,f(−π4)=0f\left(-\frac\pi4\right)=0,f(−π8)=1−2f\left(-\frac\pi8\right)=1-\sqrt2,f(0)=0f(0)=0,f(π4)=2f\left(\frac\pi4\right)=2,f(3π8)=1+2f\left(\frac{3\pi}{8}\right)=1+\sqrt2,f(π2)=2f\left(\frac\pi2\right)=2. 因而函数图象经过点 (−π2,2)\left(-\frac\pi2,2\right),(−π4,0)\left(-\frac\pi4,0\right),(−π8,1−2)\left(-\frac\pi8,1-\sqrt2\right),(0,0)(0,0),(π4,2)\left(\frac\pi4,2\right),(3π8,1+2)\left(\frac{3\pi}{8},1+\sqrt2\right),(π2,2)\left(\frac\pi2,2\right). 又
f′(x)=2cos⁡2x+2sin⁡2x=22cos⁡(2x−π4)f'(x)=2\cos2x+2\sin2x=2\sqrt2\cos\left(2x-\frac\pi4\right)
在给定区间内,导数在 [−π2,−π8]\left[-\frac\pi2,-\frac\pi8\right] 上小于等于 00,在 [−π8,3π8]\left[-\frac\pi8,\frac{3\pi}{8}\right] 上大于等于 00,在 [3π8,π2]\left[\frac{3\pi}{8},\frac\pi2\right] 上小于等于 00. 所以函数先递减、再递增、后递减;在坐标系中标出上述各点并按此单调性用光滑曲线连接,即得所求图象. \end{enumerate} \end{solution}

2003 · 全国 · 大纲卷 · 文 · 第 20 题 · 解答题

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