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18三角函数★★★☆☆
已知函数 f(x)=6cos⁡4x−5cos⁡2x+1cos⁡2xf(x)=\dfrac{6\cos^4x-5\cos^2x+1}{\cos 2x}. 求 f(x)f(x) 的定义域,判断它的奇偶性,并求其值域.
\begin{solution} 函数有意义的条件是分母不为零,即 cos⁡2x≠0⟺2x≠π2+kπ⟺x≠π4+kπ2\cos 2x\neq0 \Longleftrightarrow 2x\neq\frac{\pi}{2}+k\pi \Longleftrightarrow x\neq\frac{\pi}{4}+\frac{k\pi}{2},(k∈Zk\in\mathbf{Z}). 所以定义域为
D={x∈R∣x≠π4+kπ2, k∈Z}D=\left\{x\in\mathbf{R}\mid x\neq\frac{\pi}{4}+\frac{k\pi}{2},\ k\in\mathbf{Z}\right\}
在定义域内,分子可因式分解为
6cos⁡4x−5cos⁡2x+1=(3cos⁡2x−1)(2cos⁡2x−1)6\cos^4x-5\cos^2x+1=(3\cos^2x-1)(2\cos^2x-1)
又 cos⁡2x=2cos⁡2x−1\cos 2x=2\cos^2x-1,因此在 DD 上
f(x)=3cos⁡2x−1f(x)=3\cos^2x-1
定义域关于原点对称,且 cos⁡2(−x)=cos⁡2x\cos^2(-x)=\cos^2x,所以 f(−x)=f(x)f(-x)=f(x),函数为偶函数.
令 t=cos⁡2xt=\cos^2x,则 0⩽t⩽10\leqslant t\leqslant1. 但 t=12t=\dfrac12 时 cos⁡2x=0\cos 2x=0,不属于定义域,因此 t≠12t\neq\dfrac12. 于是
f(x)=3t−1f(x)=3t-1
其最小值在 t=0t=0 时取得,为 −1-1,最大值在 t=1t=1 时取得,为 22;值 12\dfrac12 对应唯一的 t=12t=\dfrac12,因而不能取得. 所以值域为
[−1,12)∪(12,2]\left[-1,\frac12\right)\cup\left(\frac12,2\right]
\end{solution}

2003 · 京蒙皖 · 春季 · 文 · 第 18 题 · 解答题

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