已知函数f(x)=2sin⁡ωxcos⁡ωx+23sin⁡2ωx−3(ω>0)f(x)=2\sin ωx\cos ωx+2 \sqrt {3}\sin ^{2}ωx- \sqrt {3}(ω > 0)的最小正周期为ππ. (1)求ωω的值及函数f(x)f(x)的单调减区间; (2)将函数f(x)f(x)的图象向左平移π6 \dfrac {π}{6}个单位,再向上平移11个单位长度,得到函数y=g(x)y=g(x)的图象.若y=g(x)y=g(x)在[0,b](b>0)[0,b](b > 0)上至少含有1010个零点,求bb的最小值.

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完整解法

(1)

1. 利用三角恒等变换公式化简 $f(x)$ 表达式

已知 f(x)=2sin⁡ωxcos⁡ωx+23sin⁡2ωx−3(ω>0)f(x)=2\sin \omega x\cos \omega x+2 \sqrt {3}\sin ^{2}\omega x- \sqrt {3} \quad (\omega > 0),
利用二倍角公式可得:
2sin⁡ωxcos⁡ωx=sin⁡2ωx2\sin \omega x\cos \omega x = \sin 2\omega x,
23sin⁡2ωx−3=−3(1−2sin⁡2ωx)=−3cos⁡2ωx2\sqrt{3}\sin^2 \omega x - \sqrt{3} = -\sqrt{3}(1 - 2\sin^2 \omega x) = -\sqrt{3}\cos 2\omega x.
代入原式得:
f(x)=sin⁡2ωx−3cos⁡2ωxf(x) = \sin 2\omega x - \sqrt{3}\cos 2\omega x.
利用辅助角公式化简得:
f(x)=2sin⁡(2ωx−π3)f(x) = 2\sin\left(2\omega x - \dfrac{\pi}{3}\right).

2. 根据周期求 $\omega$ 的值

因为 ω>0\omega > 0,所以函数 f(x)f(x) 的最小正周期为 T=2π2ω=πωT = \dfrac{2\pi}{2\omega} = \dfrac{\pi}{\omega}.
又由已知 T=πT = \pi,得 πω=π\dfrac{\pi}{\omega} = \pi,解得 ω=1\omega = 1.
此时,函数解析式为 f(x)=2sin⁡(2x−π3)f(x) = 2\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{3}\right).

3. 求函数 $f(x)$ 的单调递减区间

令 2kπ+π2⩽2x−π3⩽2kπ+3π22k\pi + \dfrac{\pi}{2} \leqslant 2x - \dfrac{\pi}{3} \leqslant 2k\pi + \dfrac{3\pi}{2}, k∈Zk\in\mathbb{Z}.
不等式两边同加 π3\dfrac{\pi}{3} 得:
2kπ+5π6⩽2x⩽2kπ+11π62k\pi + \dfrac{5\pi}{6} \leqslant 2x \leqslant 2k\pi + \dfrac{11\pi}{6}, k∈Zk\in\mathbb{Z}.
两边同除以 22 得:
kπ+5π12⩽x⩽kπ+11π12k\pi + \dfrac{5\pi}{12} \leqslant x \leqslant k\pi + \dfrac{11\pi}{12}, k∈Zk\in\mathbb{Z}.
所以函数 f(x)f(x) 的单调递减区间是 [kπ+5π12,kπ+11π12]\left[k\pi + \dfrac{5\pi}{12}, k\pi + \dfrac{11\pi}{12}\right], k∈Zk\in\mathbb{Z}.

答案

ω=1\omega = 1,函数 f(x)f(x) 的单调减区间为 [kπ+5π12,kπ+11π12][k\pi + \dfrac{5\pi}{12}, k\pi + \dfrac{11\pi}{12}] (k∈Zk \in \mathbb{Z})

(2)

1. 利用图象变换规律求得 $g(x)$ 的解析式

由第一问得 f(x)=2sin⁡(2x−π3)f(x) = 2\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{3}\right),
将 f(x)f(x) 的图象向左平移 π6\dfrac{\pi}{6} 个单位长度,可得函数解析式:
y=2sin⁡[2(x+π6)−π3]=2sin⁡2xy = 2\sin\left[2\left(x + \dfrac{\pi}{6}\right) - \dfrac{\pi}{3}\right] = 2\sin 2x.
再将图象向上平移 11 个单位长度,得到 y=g(x)y = g(x) 的图象,
故 g(x)=2sin⁡2x+1g(x) = 2\sin 2x + 1.

2. 求解 $g(x)$ 的零点规律

令 g(x)=0g(x) = 0,即 2sin⁡2x+1=02\sin 2x + 1 = 0,可得 sin⁡2x=−12\sin 2x = -\dfrac{1}{2}.
因为 x∈[0,b]x \in [0, b],所以 2x⩾02x \geqslant 0.
由 sin⁡2x=−12\sin 2x = -\dfrac{1}{2},可得:
2x=2kπ+7π62x = 2k\pi + \dfrac{7\pi}{6} 或 2x=2kπ+11π62x = 2k\pi + \dfrac{11\pi}{6} (k∈Nk \in \mathbb{N}).
解得 x=kπ+7π12x = k\pi + \dfrac{7\pi}{12} 或 x=kπ+11π12x = k\pi + \dfrac{11\pi}{12} (k∈Nk \in \mathbb{N}).
将 g(x)g(x) 的所有非负零点按从小到大的顺序排列:
x1=7π12x_1 = \dfrac{7\pi}{12}, x2=11π12x_2 = \dfrac{11\pi}{12},
x3=π+7π12x_3 = \pi + \dfrac{7\pi}{12}, x4=π+11π12x_4 = \pi + \dfrac{11\pi}{12},
...
x2n−1=(n−1)π+7π12x_{2n-1} = (n-1)\pi + \dfrac{7\pi}{12}, x2n=(n−1)π+11π12x_{2n} = (n-1)\pi + \dfrac{11\pi}{12}.

3. 确定使得零点个数至少为 10 的 $b$ 的最小值

若 y=g(x)y = g(x) 在 [0,b][0, b] 上至少含有 1010 个零点,则必须有 b⩾x10b \geqslant x_{10}.
由于第 10 个零点 x10x_{10} 对应于 2n=10  ⟹  n=52n = 10 \implies n = 5 的情形,代入得:
x10=4π+11π12=59π12x_{10} = 4\pi + \dfrac{11\pi}{12} = \dfrac{59\pi}{12}.
因此, b⩾59π12b \geqslant \dfrac{59\pi}{12},
故 bb 的最小值为 59π12\dfrac{59\pi}{12}.

答案

bb 的最小值为 59π12\dfrac{59\pi}{12}

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