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36函数与初等函数★★★★☆
对于函数 f(x)f(x),g(x)g(x),若存在函数 h(x)h(x),使得 f(x)=g(x)⋅h(x)f(x)=g(x)\cdot h(x),则称 f(x)f(x) 是 g(x)g(x) 的“h(x)h(x) 关联函数”.
(1) 已知 f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x, g(x)=cos⁡xg(x)=\cos x,是否存在定义域为 R\mathbf{R} 的函数 h(x)h(x),使得 f(x)f(x) 是 g(x)g(x) 的“h(x)h(x) 关联函数”?若存在,写出 h(x)h(x) 的解析式;若不存在,说明理由; (2) 已知函数 f(x)f(x), g(x)g(x) 的定义域为 [1,+∞)[1,+\infty),当 x∈[n,n+1)x\in[n,n+1),(n∈N∗n\in\mathbf{N}^*)时, f(x)=2n−1sin⁡xn−1f(x)=2^{n-1}\sin\frac{x}{n}-1,若存在函数 h1(x)h_1(x) 及 h2(x)h_2(x),使得 f(x)f(x) 是 g(x)g(x) 的“h1(x)h_1(x) 关联函数”,且 g(x)g(x) 是 f(x)f(x) 的“h2(x)h_2(x) 关联函数”,求方程 g(x)=0g(x)=0 的解.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 若存在定义域为 R\mathbf{R} 的函数 hh,则必须有 sin⁡x=cos⁡x⋅h(x)\sin x=\cos x\cdot h(x) 对所有 x∈Rx\in\mathbf{R} 成立. 当 x=π2x=\frac\pi2 时,sin⁡x=1\sin x=1 而 cos⁡x=0\cos x=0,等式变为 1=0⋅h(π2)=01=0\cdot h\left(\frac\pi2\right)=0,矛盾. 所以不存在这样的函数 h(x)h(x).
\item 由 f(x)=g(x)h1(x)f(x)=g(x)h_1(x) 和 g(x)=f(x)h2(x)g(x)=f(x)h_2(x),可知 f(x)=0f(x)=0 与 g(x)=0g(x)=0 互相推出,所以二者的零点集合相同. 只需求出 f(x)=0f(x)=0 的解.
当 n=1n=1 时,x∈[1,2)x\in[1,2),方程为 sin⁡x=1\sin x=1,所以 x=π2x=\frac\pi2,且 π2∈[1,2)\frac\pi2\in[1,2).
当 n≥2n\geq2 时,x∈[n,n+1)x\in[n,n+1) 蕴含 1≤xn<1+1n≤32<π21\leq\frac{x}{n}<1+\frac1n\leq\frac32<\frac\pi2. 又因 1>π61>\frac\pi6,且正弦函数在 [0,π2]\left[0,\frac\pi2\right] 上单调递增,所以 sin⁡xn≥sin⁡1>sin⁡π6=12\sin\frac{x}{n}\geq\sin1>\sin\frac\pi6=\frac12,而 21−n≤122^{1-n}\leq\frac12,方程 2n−1sin⁡xn−1=02^{n-1}\sin\frac{x}{n}-1=0,即 sin⁡xn=21−n\sin\frac{x}{n}=2^{1-n},不可能成立. 所以 f(x)=0f(x)=0 的解集为 {π2}\left\{\frac\pi2\right\},从而 g(x)=0g(x)=0 的解也是 x=π2x=\frac\pi2. \end{enumerate} \end{solution}

2015 · 上海 · 春季 · 第 36 题 · 解答题

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19三角函数★★★★☆
如图,AA,BB,CC,DD 为平面四边形 ABCDABCD 的四个内角.
(1) 证明:tan⁡A2=1−cos⁡Asin⁡A\tan \frac{A}{2} = \frac{1 - \cos A}{\sin A}; (2) 若 A+C=180∘A + C = 180^{\circ},AB=6AB = 6,BC=3BC = 3,CD=4CD = 4,AD=5AD = 5, 求 tan⁡A2+tan⁡B2+tan⁡C2+tan⁡D2\tan \frac{A}{2} + \tan \frac{B}{2} + \tan \frac{C}{2} + \tan \frac{D}{2} 的值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 因为 AA 是四边形的内角,所以 0<A<π0<A<\pi,从而 sin⁡A>0\sin A>0. 利用平方差公式,
1−cos⁡Asin⁡A=(1−cos⁡A)(1+cos⁡A)sin⁡A(1+cos⁡A)=sin⁡2Asin⁡A(1+cos⁡A)=sin⁡A1+cos⁡A=tan⁡A2\frac{1-\cos A}{\sin A}=\frac{(1-\cos A)(1+\cos A)}{\sin A(1+\cos A)} =\frac{\sin^2A}{\sin A(1+\cos A)} =\frac{\sin A}{1+\cos A} =\tan\frac A2
\item 由 A+C=180∘A+C=180^{\circ},四边形 ABCDABCD 为圆内接四边形,且 B+D=180∘B+D=180^{\circ}. 令其面积为 KK,半周长为 ss,则 s=6+3+4+52=9s=\dfrac{6+3+4+5}{2}=9. 由布拉马古普塔公式,
K=(s−6)(s−3)(s−4)(s−5)=3⋅6⋅5⋅4=610K=\sqrt{(s-6)(s-3)(s-4)(s-5)}=\sqrt{3\cdot6\cdot5\cdot4}=6\sqrt{10}
沿对角线分割四边形,并利用 sin⁡C=sin⁡A\sin C=\sin A,得
K=12⋅6⋅5sin⁡A+12⋅3⋅4sin⁡C=21sin⁡AK=\frac12\cdot6\cdot5\sin A+\frac12\cdot3\cdot4\sin C=21\sin A
所以 sin⁡A=2107\sin A=\dfrac{2\sqrt{10}}7. 同理,利用 sin⁡D=sin⁡B\sin D=\sin B,得
K=12⋅6⋅3sin⁡B+12⋅5⋅4sin⁡D=19sin⁡BK=\frac12\cdot6\cdot3\sin B+\frac12\cdot5\cdot4\sin D=19\sin B
所以 sin⁡B=61019\sin B=\dfrac{6\sqrt{10}}{19}.
又 tan⁡C2=cot⁡A2\tan\dfrac C2=\cot\dfrac A2,tan⁡D2=cot⁡B2\tan\dfrac D2=\cot\dfrac B2,而 tan⁡t2+cot⁡t2=2sin⁡t\tan\dfrac t2+\cot\dfrac t2=\dfrac2{\sin t}. 因而所求为
2sin⁡A+2sin⁡B=710+19310=4103\frac2{\sin A}+\frac2{\sin B}=\frac7{\sqrt{10}}+\frac{19}{3\sqrt{10}}=\frac{4\sqrt{10}}3
\end{enumerate} \end{solution}

2015 · 四川 · 理 · 第 19 题 · 解答题

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21三角函数★★★★☆
如图,某公司要在 AA,BB 两地连线上的定点 CC 处建造广告牌 CDCD,其中 DD 为顶端,ACAC 长 35 米35\text{ 米},CBCB 长 80 米80\text{ 米}. 设点 AA,BB 在同一水平面上,从 AA 和 BB 看 DD 的仰角分别为 α\alpha 和 β\beta.
(1) 设计中 CDCD 是铅垂方向. 若要求 α⩾2β\alpha \geqslant 2\beta,问 CDCD 的长至多为多少(结果精确到 0.01 米0.01\text{ 米})? (2) 施工完成后,CDCD 与铅垂方向有偏差. 现在实测得 α=38.12∘\alpha = 38.12^{\circ},β=18.45∘\beta = 18.45^{\circ},求 CDCD 的长(结果精确到 0.01 米0.01\text{ 米}).
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设 CD=h 米CD=h\text{ 米}. 因为 CDCD 铅垂,所以在两个直角三角形中有 tan⁡α=h35\tan\alpha=\dfrac h{35}、tan⁡β=h80\tan\beta=\dfrac h{80}. 由 α⩾2β\alpha\geqslant2\beta 且 α<π2\alpha<\dfrac\pi2,可知 2β<π22\beta<\dfrac\pi2,故 h<80h<80,正切函数在相关区间上单调递增. 因此 h35⩾tan⁡2β=2tan⁡β1−tan⁡2β=2h801−h2802\dfrac h{35}\geqslant\tan2\beta=\dfrac{2\tan\beta}{1-\tan^2\beta}=\dfrac{2\frac{h}{80}}{1-\frac{h^2}{80^2}}. 由于 h>0h>0 且 h<80h<80,可约去 hh,并得到 135⩾2801−h2802=140(1−h26400)\dfrac1{35}\geqslant\dfrac{\frac{2}{80}}{1-\frac{h^2}{80^2}}=\dfrac1{40\left(1-\frac{h^2}{6400}\right)}. 分母为正,交叉相乘得 40(1−h26400)⩾3540\left(1-\frac{h^2}{6400}\right)\geqslant35,即 h2⩽800h^2\leqslant800. 所以 h⩽202≈28.2843h\leqslant20\sqrt2\approx28.2843,故 CDCD 至多为 28.28 米28.28\text{ 米}. \item 由 AB=AC+CB=115 米AB=AC+CB=115\text{ 米},在三角形 ADBADB 中有 ∠DAB=38.12∘\angle DAB=38.12^{\circ}、∠ABD=18.45∘\angle ABD=18.45^{\circ}. 由正弦定理, BDsin⁡38.12∘=115sin⁡(38.12∘+18.45∘)\dfrac{BD}{\sin38.12^{\circ}}=\dfrac{115}{\sin\left(38.12^{\circ}+18.45^{\circ}\right)},所以 BD=115sin⁡38.12∘sin⁡56.57∘≈85.0637 米BD=\dfrac{115\sin38.12^{\circ}}{\sin56.57^{\circ}}\approx85.0637\text{ 米}. 在三角形 BCDBCD 中,BC=80 米BC=80\text{ 米},且 ∠CBD=18.45∘\angle CBD=18.45^{\circ}. 由余弦定理, CD2=BC2+BD2−2⋅BC⋅BDcos⁡18.45∘CD^2=BC^2+BD^2-2\cdot BC\cdot BD\cos18.45^{\circ},从而 CD≈802+85.06372−2⋅80⋅85.0637cos⁡18.45∘≈26.9296 米CD\approx\sqrt{80^2+85.0637^2-2\cdot80\cdot85.0637\cos18.45^{\circ}}\approx26.9296\text{ 米}. 精确到 0.01 米0.01\text{ 米} 得 CD=26.93 米CD=26.93\text{ 米}. \end{enumerate} \end{solution}

2014 · 上海 · 文 · 第 21 题 · 解答题

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