设函数 $ f\left(x\right)=ax+\cos x,x\in \left[0,{\mathrm \pi } \right] $.
【难度】
【出处】
2012年高考大纲全国卷(理)
【标注】
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讨论 $ {f\left(x\right)} $ 的单调性;标注答案解析\[ f ′\left(x\right)=a-\sin x. \](ⅰ)当 $ a\geqslant 1 $ 时,$ f ′\left(x\right)\geqslant 0 $,当且仅当 $ a=1,x={\dfrac{\mathrm \pi }{2}} $ 时,$ f ′\left(x\right)=0 $,所以 $ f\left(x\right) $ 在 $ \left[0,{\mathrm \pi }\right] $ 上是增函数;
(ⅱ)当 $ a\leqslant 0 $ 时,$ f ′\left(x\right)\leqslant 0 $,当且仅当 $ a=0$,$x=0 $ 或 ${\mathrm \pi } $ 时,$ f ′\left(x\right)=0 $,所以 $ f\left(x\right) $ 在 $ \left[0,{\mathrm \pi }\right] $ 上是减函数;
(ⅲ)当 $ 0<a<1 $ 时,由 $ f ′\left(x\right)=0 $,解得\[ \begin{split}x_1&=\arcsin a,\\x_2&={\mathrm \pi }-\arcsin a .\end{split}\]当 $ x\in \left[0,x_1\right) $ 时,$ \sin x<a,f ′\left(x\right)>0 $,$ f\left(x\right) $ 是增函数;
当 $ x\in \left(x_1,x_2\right) $ 时,$ \sin x>a,f ′\left(x\right)<0 $,$ f\left(x\right) $ 是减函数;
当 $ x\in \left(x_2,{\mathrm \pi } \right] $ 时,$ \sin x<a,f ′\left(x\right)>0 $,$ f\left(x\right) $ 是增函数. -
设 $ {f\left(x\right)\leqslant 1+\sin x} $,求 $ {a} $ 的取值范围.标注答案解析由 $ f\left(x\right)\leqslant 1+\sin x $ 得 $ f\left(\mathrm \pi \right)\leqslant 1,a{\mathrm \pi } -1\leqslant 1 $,所以 $ a\leqslant {\dfrac{2}{\mathrm \pi }} $.
令 $ g\left(x\right)=\sin x-{\dfrac{2}{\mathrm \pi }}x \left(0\leqslant x\leqslant {\dfrac{{\mathrm \pi } }{2}} \right) $,则\[ {{g′\left(x\right)=\cos x-{\dfrac{2}{{\mathrm \pi } }}}} .\]当 $ x\in \left(0,\arccos {\dfrac{2}{\mathrm \pi }} \right)$ 时,$ g′\left(x\right)>0 $;
当 $ x\in \left( \arccos {\dfrac{2}{{\mathrm \pi } }},{\dfrac{{\mathrm \pi } }{2}} \right) $ 时,$ g′\left(x\right)<0 $.
又 $ g\left(0\right)=g \left({\dfrac{{\mathrm \pi } }{2}}\right) =0 $,所以 $ g\left(x\right)\geqslant 0 $,即\[ {\dfrac{2}{{\mathrm \pi } }}x\leqslant \sin x \left(0\leqslant x\leqslant {\dfrac{{\mathrm \pi } }{2}}\right) . \]当 $ a\leqslant {\dfrac{2}{{\mathrm \pi } }} $ 时,有\[ f\left(x\right)\leqslant {\dfrac{2}{\mathrm \pi }}x+\cos x .\](ⅰ)当 $ 0\leqslant x\leqslant {\dfrac{\mathrm \pi }{2}} $ 时,$ {\dfrac{2}{\mathrm \pi }}x\leqslant \sin x,\cos x\leqslant 1 $,所以\[f\left(x\right)\leqslant 1+\sin x; \](ⅱ)当 $ {\dfrac{\mathrm \pi }{2}}\leqslant x\leqslant {\mathrm \pi } $ 时,\[ \begin{split}f\left(x\right)&\leqslant {\dfrac{2}{\mathrm \pi }}x+\cos x\\&=1+{\dfrac{2}{\mathrm \pi }}\left( x-{\dfrac{{\mathrm \pi } }{2}} \right)-\sin \left( x-{\dfrac{{\mathrm \pi } }{2}}\right) \\&\leqslant 1+\sin x .\end{split}\]综上,$ a $ 的取值范围是 $ \left(-\infty ,{\dfrac{2}{\mathrm \pi }} \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