已知函数 $f\left(x\right)=10\sqrt 3\sin {\dfrac x2}\cos{\dfrac x2}+10{\cos^2}{\dfrac x2}$.
【难度】
【出处】
2015年高考福建卷(文)
【标注】
  1. 求函数 $f\left(x\right)$ 的最小正周期;
    标注
    答案
    ${2{\mathrm \pi} }$.
    解析
    根据二倍角公式,将题中三角函数降为一次式,再结合辅助角公式,将题中三角函数最终转化为正弦型函数形式,从而求出最小正周期.因为\[\begin{split}f\left(x\right)&=10\sqrt 3\sin \dfrac x2\cos \dfrac x2+10{\cos^2}\dfrac x2
    \\&\overset{\left[a\right]}=5\sqrt 3\sin x+5\cos x+5\\&\overset{\left[b\right]}=10\sin \left(x+\dfrac{\mathrm \pi} 6\right)+5,\end{split}\](推导中用到[a],[b])
    所以函数 $f\left(x\right)$ 的最小正周期$T=2{\mathrm \pi} $.
  2. 将函数 $f\left(x\right)$ 的图象向右平移 $\dfrac{\mathrm \pi} 6$ 个单位长度,再向下平移 $a\left(a>0\right)$ 个单位长度后得到函数 $g\left(x\right)$ 的图象,且函数 $g\left(x\right)$ 的最大值为 $2$.
    ① 求函数 $g\left(x\right)$ 的解析式;
    ② 证明:存在无穷多个互不相同的正整数 $x_0$,使得 $g\left(x_0\right)>0$.
    标注
    答案
    ① $g\left(x\right)=10\sin x-8$.
    ② 略.
    解析
    第一小问,根据三角函数图象变换,得到 $g\left(x\right)$ 的解析式,第二小问,首先借助特殊角得到一个满足题意的正整数,并求出它所在的区间,结合三角函数的周期性,得出所有满足题意的正整数及对应的区间.① 将 $f\left(x\right)$ 的图象向右平移$\dfrac{\mathrm \pi} 6$ 个单位长度后得到\[y=10\sin x+5,\],再向下平移$a\left(a>0\right)$ 个单位长度后得到\[g\left(x\right)=10\sin x+5-a,\]又已知函数 $g\left(x\right)$ 的最大值为 $2$,所以\[10+5-a=2,\]解得 $a=13$,因此 $g\left(x\right)=10\sin x-8$.
    ② 要证明存在无穷多个互不相同的正整数 $x_0$,使得 $g\left(x_0\right)>0$,就是要证明存在无穷多个互不相同的正整数 $x_0$,使得 $10\sin x_0-8>0$,即 $\sin x_0>\dfrac 45$.
    由 $\dfrac 45<\dfrac{\sqrt 3}2$ 知,存在 $0<\alpha_0<\dfrac{\mathrm \pi} 3$,使得 $\sin \alpha_0=\dfrac 45$.
    由正弦函数的性质可知,当 $x\in\left(\alpha_0,{\mathrm \pi} -\alpha_0\right)$ 时,均有 $\sin x>\dfrac 45$.
    因为 $y=\sin x$ 的周期为 $2{\mathrm \pi} $,所以当 $x\in\left(2k{\mathrm \pi} +\alpha_0,2k{\mathrm \pi} +{\mathrm \pi} -\alpha_0\right)\left(k\in{\mathbb{Z}}\right)$ 时,均有 $\sin x>\dfrac 45$.
    因为对任意的整数 $k$,\[\left(2k{\mathrm \pi} +{\mathrm \pi} -\alpha_0\right)-\left(2k{\mathrm \pi} +\alpha_0\right)={\mathrm \pi} -2\alpha_0>\dfrac{\mathrm \pi} 3>1,\]所以对任意的正整数 $k$,都存在正整数 $x_k\in\left(2k{\mathrm \pi} +\alpha_0,2k{\mathrm \pi} +{\mathrm \pi} -\alpha_0\right)$,使得 $\sin x_k>\dfrac 45$.
    即存在无穷多个互不相同的正整数 $x_0$,使得 $g\left(x_0\right)>0$.
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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