(本题满分 12 分) 已知函数 f ( x ) = 1…——2015 高考数学第 21 题答案解析

2015_省自主命题(福建)

2015 福建 第 21 题 解答题 区分题
2015_省自主命题(福建)

21.(本题满分 12 分)

已知函数 $f \left( x \right) = 1 0 \sqrt { 3 } \sin \frac { x } { 2 } \cos \frac { x } { 2 } + 1 0 \cos ^ { 2 } \frac { x } { 2 }$

(Ⅰ)求函数f(x)的最小正周期;

(Ⅱ)将函数f(x)的图象向右平移 $\frac { \pi } { 6 }$ 个单位长度,再向下平移 $a ~ \mathrm { ~ ( ~ } a > 0 \mathrm { ~ ) ~ }$ 个单位长度后得到函数 $g ( x )$ 的图象,且函数 $g \left( x \right)$ 的最大值为2

(ⅰ)求函数 $g ( x )$ 的解析式;

(ⅱ)证明:存在无穷多个互不相同的正整数 $x _ { 0 }$ ,使得 $g \left( x _ { 0 } \right) > 0$

参考答案

(Ⅰ) $2 \pi \mathrm { ~ ; ~ \left( ~ I I \right) ~ ( ~ i ~ ) ~ } g \left( x \right) { = } 1 0 \sin x { - } 8$ ;(ⅱ)详见解析

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【答案】(Ⅰ) $2 \pi \mathrm { ~ ; ~ \left( ~ I I \right) ~ ( ~ i ~ ) ~ } g \left( x \right) { = } 1 0 \sin x { - } 8$ ;(ⅱ)详见解析

【解析】(1)因为 $\begin{array} { l } { f \left( x \right) = 1 0 \sqrt { 3 } \sin \displaystyle \frac { x } { 2 } \cos \displaystyle \frac { x } { 2 } + 1 0 \cos ^ { 2 } \displaystyle \frac { x } { 2 } } \\ { = 5 \sqrt { 3 } \sin x + 5 \cos x + 5 } \\ { = 1 0 \sin \left( x + \displaystyle \frac { \pi } { 6 } \right) + 5 . } \end{array}$

所以函数f(x)的最小正周期 $\mathbb { T } = 2 \pi$

(I)(i)将f(x)的图象向右平移 $\frac { \pi } { 6 }$ 个单位长度后得到 $\nu = 1 0 \sin x + 5$ 的图象,再向下平移 $a ( a > 0 )$ 个单位长度后得到 $g ( x ) = 1 0 \sin x + 5 - a$ 的图象.

又已知函数g(x)的最大值为2,所以 $1 0 + 5 - a = 2$ ,解得 $a = 1 3$

所以 $g ( x ) = 1 0 \sin x - 8$

(ii)要证明存在无穷多个互不相同的正整数 $x _ { 0 }$ ,使得 $g ( x _ { 0 } ) > 0$ ,就是要证明存在无穷多个互不相同的正整数 $x _ { 0 }$ ,使得 $1 0 \sin x _ { \circ } - 8 > 0$ ,即 $\sin x _ { 0 } > \frac { 4 } { 5 }$

由 $\frac { 4 } { 5 } < \frac { \sqrt { 3 } } { 2 }$ 知,存在 $0 < \alpha _ { 0 } < \frac { \pi } { 3 }$ ,使得 $\sin \alpha _ { 0 } = \frac { 4 } { 5 }$

由正弦函数的性质可知,当 $x \in \left( \alpha _ { 0 } , \pi - \alpha _ { 0 } \right)$ 时,均有 $\sin x > \frac { 4 } { 5 }$

因为 y = sin x的周期为2π,

所以当 $x \in \left( 2 k \pi + \alpha _ { 0 } , 2 k \pi + \pi - \alpha _ { 0 } \right) ( k \in Z )$ 时,均有 $\sin x > \frac { 4 } { 5 }$

因为对任意的整数k, $\left( 2 k \pi + \pi - \alpha _ { 0 } \right) - \left( 2 k \pi + \alpha _ { 0 } \right) = \pi - 2 \alpha _ { 0 } > \frac { \pi } { 3 } > 1$

所以对任意的正整数k,都存在正整数 $x _ { \mathrm { k } } \in \left( 2 k \pi + \alpha _ { \circ } , 2 k \pi + \pi - \alpha _ { \circ } \right)$ ,使得 $\sin x _ { \mathrm { k } } > \frac { 4 } { 5 }$

亦即存在无穷多个互不相同的正整数 $x _ { 0 }$ ,使得 $g ( x _ { 0 } ) > 0$

【考点定位】1、三角函数的图像与性质;2、三角不等式

【名师点睛】三角函数的定义域、值域、单调性、周期、奇偶性、对称性都是通过将解析式变形为

$f ( x ) = A \sin ( \omega x + \phi )$ 进行;若三角函数图象变换是纵向伸缩和纵向平移,都是相对于 f x( )而言,即$f ( x ) A f ( x )$ 和f x f x k( ) ( )® + ,若三角函数图象变换是横向伸缩和横向平移,都是相对于自变量x而言,即f x f x( ) ( )® w 和f x f x a( ) ( )® + ;本题第(ⅱ)问是解三角不等式问题,由函数周期性的性质,先在一个周期内求解,然后再加周期,将存在无穷多个互不相同的正整数 $x _ { 0 }$ ,使得 $g \left( x _ { 0 } \right) > 0$ ,转化为解集长度大于1,是本题的核心

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