已知函数 $f(x)=\sin(\omega x+\varphi)$,其中 $\omega >0$,$|\varphi|<\dfrac{\pi}2$.$x=-\dfrac{\pi}4$ 是函数 $f(x)$ 的一个零点,$x=\dfrac{\pi}4$ 是函数 $f(x)$ 的一条对称轴,且 $f(x)$ 在 $\left(\dfrac{\pi}{18},\dfrac{5\pi}{36}\right)$ 上单调,求 $\omega$ 的所有可能的值.
【难度】
【出处】
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【答案】
$1,3,5,9$
【解析】
根据题意,函数 $f(x)$ 的零点与对称轴之间的距离\[\dfrac{\pi}4-\left(-\dfrac{\pi}4\right)=k\cdot \dfrac{T}2+\dfrac{T}4,\]其中 $T$ 为函数 $f(x)$ 的周期,$k\in\mathbb N$.从而可得 $\omega =2k+1$,$k\in\mathbb N$.而函数 $f(x)$ 在 $\left(\dfrac{\pi}{18},\dfrac{5\pi}{36}\right)$ 上单调,因此任何对称轴都不在区间 $\left(\dfrac{\pi}{18},\dfrac{5\pi}{36}\right)$ 内,因为 $x=\dfrac {\pi}4$ 是 $f(x)$ 的对称轴,所以 $f(x)$ 的对称轴为 $x=\dfrac {n\pi}{2k+1}+\dfrac {\pi}4$,从而即\[\forall n\in\mathbb Z,\left(\dfrac{n\pi}{2k+1}+\dfrac{\pi}4\leqslant \dfrac{\pi}{18} \right)\lor \left(\dfrac{n\pi}{2k+1}+\dfrac{\pi}4\geqslant \dfrac{5\pi}{36} \right),\]也即\[\forall n\in\mathbb Z,\dfrac {n}{2k+1}\leqslant -\dfrac 7{36}\lor \dfrac {n}{2k+1}\geqslant -\dfrac 1{9}.\]容易验证当 $k=0,1,2,4$ 时符合题意,当 $k=3,5$ 时不符合题意,而当 $k\geqslant 6$ 时,有\[T=\dfrac {2\pi}{2k+1}\leqslant \dfrac {2\pi}{13}<2\left(\dfrac{5\pi}{36}-\dfrac {\pi}{18}\right),\]因此必然不符合题意.
综上所述,$\omega$ 的所有可能的值为 $1,3,5,9$.
答案 解析 备注
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