已知函数,其中设,求的取值范围,并把表示为的函数; (2)求函数的最大值可以用表示; (3)若对区间内的任意总有恒成立,求实数的取值范围.
它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的
完整解法
(1)
1. 对 $t$ 进行平方计算并用 $\cos x$ 表示 $t^2$
由 ,对两边平方得:
因为 x \in \left[-rac{\pi}{2}, rac{\pi}{2}
ight],所以 ,解得:
2. 确定 $t$ 的取值范围并给出 $g(t)$ 的表达式
因为 x \in \left[-rac{\pi}{2}, rac{\pi}{2}
ight],所以 。
代入得 。
又因为 ,所以 。
由 可得 。
代入 表达式得:
的取值范围为 ;,其中 。
(2)
1. 分析二次函数 $g(t)$ 的开口方向与对称轴位置
已知 (),且 。
该二次函数开口向下,其对称轴方程为 t = -\dfrac{1}{2 \cdot rac{a}{2}} = -\dfrac{1}{a} > 0。
2. 分三种情况讨论对称轴与区间 $[\sqrt{2}, 2]$ 的位置关系并求最大值
① 当对称轴位于区间左侧,即 ,即 时:
在 上单调递减,最大值为 ;
② 当对称轴位于区间内部,即 ,即 时:
在顶点处取得最大值,即 g\left(-\dfrac{1}{a}
ight) = \dfrac{a}{2}\left(-\dfrac{1}{a}
ight)^2 + \left(-\dfrac{1}{a}
ight) - a = -\dfrac{1}{2a} - a;
③ 当对称轴位于区间右侧,即 ,即 时:
在 上单调递增,最大值为 。
(3)
1. 将恒成立条件转化为极差不等式
对任意 x_1, x_2 \in \left[-rac{\pi}{2}, rac{\pi}{2}
ight],总有 恒成立,等价于:
对于开口向下的二次函数 (),其极小值必在端点处取得:
,。
比较可得:当 即 时,;当 时,。
2. 结合第(2)问最大值分类讨论并解不等式组
结合 的临界点(注:\sqrt{2}-3 < -rac{\sqrt{2}}{2} < \sqrt{2}-2 < -rac{1}{2} < 0),分段讨论:
① 当 时:,且 。
极差为 。
故 。
② 当 时:,且 。
极差为 ,解得 。
由于在此区间内全成立,故此段解集为 。
③ 当 时:,且 。
极差为 。
解集包含该区间,故此段解集为 。
④ 当 时:,且 。
极差为 。
因为 ,所以此段解集为 。
3. 综合求出实数 $a$ 的最终取值范围
综上所述,取各段解集的并集,得实数 的取值范围为 。
实数 的取值范围是 。
AI 分析,可能出错
用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。