已知 $f(x)=\sin ^2x+a\sin x+\dfrac {a^2+b-1}{a}$.
【难度】
【出处】
2008年第十九届“希望杯”全国数学邀请赛高一(二试)
【标注】
  • 知识点
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    函数
    >
    复合函数
  • 知识点
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    函数
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    函数的图象与性质
    >
    函数的最值和值域
  • 知识点
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    函数
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    函数的图象与性质
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    函数的最值和值域
  • 方法
    >
    数形结合
    >
    不等式(组)的规划
  1. 若 $b=-2$,对于任意的 $x \in \mathbb R$,都有 $f(x)<0$ 成立,求 $a$ 的取值范围;
    标注
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      函数
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      复合函数
    • 知识点
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      函数
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      函数的图象与性质
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      函数的最值和值域
    答案
    $(0,1)$
    解析
    函数 $f(x)$ 取得最大值时必然有 $\sin x=\pm 1$,于是 $f(x)$ 的最大值\[M(a,b)=\max\left\{1+2a+\dfrac ba-\dfrac 1a,1+\dfrac ba-\dfrac 1a\right\}.\]根据题意,有\[\begin{cases} 1+2a-\dfrac 3a<0,\\ 1-\dfrac 3a<0,\end{cases}\]解得 $a$ 的取值范围是 $(0,1)$.
  2. 设 $a \geqslant 2$,若存在 $x\in \mathbb R$,使 $f(x) \leqslant 0$ 成立,求 $a^2+b^2-8a$ 的最小值;当取得最小值时,求 $a$,$b$ 的值.
    标注
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      函数
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      函数的图象与性质
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      函数的最值和值域
    • 方法
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      数形结合
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      不等式(组)的规划
    答案
    $a^2+b^2-8a$ 的最小值为 $-\dfrac {23}{2}$,该最小值在 $a= \dfrac {5}{2}$,$b=-\dfrac {3}{2}$ 时取得
    解析
    由 $(1)$ 的分析可知,当 $\sin x=-1$ 时,$f(x)$ 取得最小值,故$$1-a+\dfrac {a^2+b-1}{a} \leqslant 0,$$得$$a+b-1 \leqslant 0.$$所以 $a,b$ 满足$$\begin{cases}a+b-1 \leqslant 0,\\ a\geqslant 2.\end{cases}$$如图所示,当以 $(4,0)$ 为圆心的圆与直线 $a+b-1=0$ 相切时,$a^2+b^2-8a$ 取得最小值为 $-\dfrac {23}{2}$,此时切点坐标为 $A(a,b)=\left(\dfrac 52,-\dfrac 32\right)$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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