已知函数f(x)=sin⁡(2x+φ)+b(0<φ<π)f(x)=\sin(2x+φ)+b(0< φ< π)有两个相邻的零点π12\dfrac{π}{12}和3π4\dfrac{3π}{4},则b=()b=(\quad)
A. 11
B. 32\dfrac{\sqrt{3}}{2}
C. −12-\dfrac{1}{2}
D. −1-1

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完整解法

1. 将零点代入函数解析式建立关于 $\varphi$ 和 $b$ 的方程组

由于 x1=π12x_1 = \dfrac{\pi}{12} 和 x2=3π4x_2 = \dfrac{3\pi}{4} 是 f(x)f(x) 的零点,可得:
f(π12)=sin⁡(2⋅π12+φ)+b=sin⁡(π6+φ)+b=0f\left(\dfrac{\pi}{12}\right) = \sin\left(2 \cdot \dfrac{\pi}{12} + \varphi\right) + b = \sin\left(\dfrac{\pi}{6} + \varphi\right) + b = 0
f(3π4)=sin⁡(2⋅3π4+φ)+b=sin⁡(3π2+φ)+b=0f\left(\dfrac{3\pi}{4}\right) = \sin\left(2 \cdot \dfrac{3\pi}{4} + \varphi\right) + b = \sin\left(\dfrac{3\pi}{2} + \varphi\right) + b = 0

2. 利用三角函数诱导公式与和角公式化简方程

根据诱导公式,sin⁡(3π2+φ)=−cos⁡φ\sin\left(\dfrac{3\pi}{2} + \varphi\right) = -\cos\varphi,代入第二个方程得:
−cos⁡φ+b=0  ⟹  cos⁡φ=b-\cos\varphi + b = 0 \implies \cos\varphi = b

展开第一个方程 sin⁡(π6+φ)=−b\sin\left(\dfrac{\pi}{6} + \varphi\right) = -b:
sin⁡π6cos⁡φ+cos⁡π6sin⁡φ=−b\sin\dfrac{\pi}{6}\cos\varphi + \cos\dfrac{\pi}{6}\sin\varphi = -b
12cos⁡φ+32sin⁡φ=−b\dfrac{1}{2}\cos\varphi + \dfrac{\sqrt{3}}{2}\sin\varphi = -b

3. 运用同角三角函数关系及范围限制求解 $b$

将 cos⁡φ=b\cos\varphi = b 代入上述化简后的式子:
12b+32sin⁡φ=−b  ⟹  32sin⁡φ=−32b  ⟹  sin⁡φ=−3b\dfrac{1}{2}b + \dfrac{\sqrt{3}}{2}\sin\varphi = -b \implies \dfrac{\sqrt{3}}{2}\sin\varphi = -\dfrac{3}{2}b \implies \sin\varphi = -\sqrt{3}b

由于 0<φ<π0 < \varphi < \pi,则 sin⁡φ>0\sin\varphi > 0,故有 b<0b < 0。

由同角三角函数基本关系 sin⁡2φ+cos⁡2φ=1\sin^2\varphi + \cos^2\varphi = 1 可得:
(−3b)2+b2=1  ⟹  3b2+b2=1  ⟹  4b2=1(-\sqrt{3}b)^2 + b^2 = 1 \implies 3b^2 + b^2 = 1 \implies 4b^2 = 1
即 b2=14b^2 = \dfrac{1}{4}。结合 b<0b < 0,解得:
b=−12b = -\dfrac{1}{2}

对应选项 C。

答案

C

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