函数 $f(x)=\dfrac{3+5\sin x}{\sqrt{5+4\cos x+3\sin x}}$ 的值域是 $(m, M]$.则 $M^2+5m^2=$ 
【难度】
【出处】
2008年全国高中数学联赛安徽省预赛
【标注】
  • 知识点
    >
    函数
    >
    函数的图象与性质
    >
    函数的最值和值域
  • 知识点
    >
    代数变形
    >
    代数式的形
    >
    换元
    >
    三角换元
【答案】
$42$
【解析】
令 $\tan \dfrac x2=t$,则$$y=\dfrac{3+5\sin x}{\sqrt{5+4\cos x+3\sin x}}=\dfrac{3+5\cdot \dfrac{2t}{1+t^2}}{\sqrt{5+4\cdot\dfrac{1-t^2}{1+t^2}+3\cdot\dfrac{2t}{1+t^2}}}=\dfrac{t+3}{|t+3|}\cdot \dfrac{3t+1}{\sqrt{1+t^2}},$$考虑到函数 $\varphi(t)=\dfrac{3t+1}{\sqrt{1+t^2}}$ 的导函数$$\varphi'(t)=\dfrac{3-t}{(1+t^2)\sqrt{1+t^2}},$$于是 $\varphi(t)$ 在 $(-3,3)$ 上单调递增,在 $(3,+\infty)$ 上单调递减.又因为当 $t<0$ 时,$$|\varphi(t)|<\dfrac{|3t|}{\sqrt{1+t^2}}<3,$$所以函数 $y=\dfrac{t+3}{|t+3|}\cdot \varphi(t)$ 的图象如图,所求的值域为 $\left(-\dfrac {4\sqrt{10}}5,\sqrt{10}\right]$.
题目 答案 解析 备注
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