已知函数f(x)=3sin⁡(ωx−π6)+b(ω>0)f(x)= \sqrt{3}\sin (ωx- \dfrac{π}{6})+b(ω > 0) ,且函数图象的对称中心到对称轴的最小距离为π4\dfrac{π}{4},当x∈[0,π4]x∈[0, \dfrac{π}{4}] 时,f(x)f(x)的最大值为11. (I)(I)求函数f(x)f(x)的解析式; ((Ⅱ))将函数f(x)f(x)的图象向右平移π12\dfrac{π}{12}个单位长度得到函数g(x)g(x)图象,若g(x)−3⩽m⩽g(x)+3g(x)-3\leqslant m\leqslant g(x)+3 在x∈[0,π3]x∈[0, \dfrac{π}{3}] 上恒成立,求实数mm的取值范围.

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完整解法

(I)

1. 根据对称中心到对称轴的最小距离求出函数的周期和 $\omega$ 的值

因为正弦函数 y=Asin⁡(ωx+φ)y = A\sin(\omega x + \varphi) 的图象中,相邻的对称中心到对称轴的最小距离为 T4\dfrac{T}{4},
所以 T4=π4\dfrac{T}{4} = \dfrac{\pi}{4},解得周期 T=πT = \pi。
又因为 ω>0\omega > 0,所以 ω=2πT=2ππ=2\omega = \dfrac{2\pi}{T} = \dfrac{2\pi}{\pi} = 2。
此时,函数解析式为 f(x)=3sin⁡(2x−π6)+bf(x) = \sqrt{3}\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{6}\right) + b。

2. 确定自变量在指定区间内时相角的范围,并利用最大值求出 $b$ 从而得出解析式

当 x∈[0,π4]x \in \left[0, \dfrac{\pi}{4}\right] 时, 2x∈[0,π2]2x \in \left[0, \dfrac{\pi}{2}\right],
所以 2x−π6∈[−π6,π3]2x - \dfrac{\pi}{6} \in \left[-\dfrac{\pi}{6}, \dfrac{\pi}{3}\right]。
因为正弦函数 y=sin⁡θy = \sin\theta 在 [−π6,π3]\left[-\dfrac{\pi}{6}, \dfrac{\pi}{3}\right] 上单调递增,
所以当 2x−π6=π32x - \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{\pi}{3} 时,sin⁡(2x−π6)\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{6}\right) 取得最大值 sin⁡π3=32\sin\dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\sqrt{3}}{2}。
因此,当 x∈[0,π4]x \in \left[0, \dfrac{\pi}{4}\right] 时,f(x)f(x) 的最大值为 3×32+b=32+b\sqrt{3} \times \dfrac{\sqrt{3}}{2} + b = \dfrac{3}{2} + b。
结合已知最大值为 11,得 32+b=1\dfrac{3}{2} + b = 1,解得 b=−12b = -\dfrac{1}{2}。
所以,函数 f(x)f(x) 的解析式为 f(x)=3sin⁡(2x−π6)−12f(x) = \sqrt{3}\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{6}\right) - \dfrac{1}{2}。

答案

f(x)=3sin⁡(2x−π6)−12f(x) = \sqrt{3}\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{6}\right) - \dfrac{1}{2}

(II)

1. 求出平移后得到的函数 $g(x)$ 的解析式

将函数 f(x)=3sin⁡(2x−π6)−12f(x) = \sqrt{3}\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{6}\right) - \dfrac{1}{2} 的图象向右平移 π12\dfrac{\pi}{12} 个单位长度,
得到的函数为 g(x)=3sin⁡[2(x−π12)−π6]−12=3sin⁡(2x−π3)−12g(x) = \sqrt{3}\sin\left[2\left(x - \dfrac{\pi}{12}\right) - \dfrac{\pi}{6}\right] - \dfrac{1}{2} = \sqrt{3}\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{3}\right) - \dfrac{1}{2}。

2. 求出函数 $g(x)$ 在指定区间上的最大值和最小值

当 x∈[0,π3]x \in \left[0, \dfrac{\pi}{3}\right] 时,2x∈[0,2π3]2x \in \left[0, \dfrac{2\pi}{3}\right],
所以 2x−π3∈[−π3,π3]2x - \dfrac{\pi}{3} \in \left[-\dfrac{\pi}{3}, \dfrac{\pi}{3}\right]。
当 2x−π3∈[−π3,π3]2x - \dfrac{\pi}{3} \in \left[-\dfrac{\pi}{3}, \dfrac{\pi}{3}\right] 时,正弦值 sin⁡(2x−π3)∈[−32,32]\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{3}\right) \in \left[-\dfrac{\sqrt{3}}{2}, \dfrac{\sqrt{3}}{2}\right],
所以 g(x)∈[3×(−32)−12,3×32−12]=[−2,1]g(x) \in \left[\sqrt{3} \times \left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right) - \dfrac{1}{2}, \sqrt{3} \times \dfrac{\sqrt{3}}{2} - \dfrac{1}{2}\right] = [-2, 1]。
故 g(x)g(x) 的最大值为 11,最小值为 −2-2。

3. 结合恒成立条件求出 $m$ 的取值范围

若 g(x)−3⩽m⩽g(x)+3g(x) - 3 \leqslant m \leqslant g(x) + 3 在 x∈[0,π3]x \in \left[0, \dfrac{\pi}{3}\right] 上恒成立,
则必须满足 m⩾[g(x)−3]max⁡m \geqslant [g(x) - 3]_{\max} 且 m⩽[g(x)+3]min⁡m \leqslant [g(x) + 3]_{\min}。
因为 g(x)∈[−2,1]g(x) \in [-2, 1],
所以 [g(x)−3]max⁡=g(x)max⁡−3=1−3=−2[g(x) - 3]_{\max} = g(x)_{\max} - 3 = 1 - 3 = -2,
且 [g(x)+3]min⁡=g(x)min⁡+3=−2+3=1[g(x) + 3]_{\min} = g(x)_{\min} + 3 = -2 + 3 = 1。
因此,实数 mm 的取值范围是 −2⩽m⩽1-2 \leqslant m \leqslant 1。

答案

−2⩽m⩽1-2 \leqslant m \leqslant 1

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