1. 利用三角恒等变换公式化简不等式的左侧代数式
利用降幂公式 cos2θ=21+cos2θ,对不等式左边进行变形:
3cos2θ−21sin2θ=3⋅21+cos2θ−21sin2θ
=23cos2θ−21sin2θ+23
利用辅助角公式 acosx+bsinx=Rcos(x+φ),将其化简为:
cos(2θ+6π)+23
代入原不等式中,可得:
cos(2θ+6π)+23⩾21+3
两边同时减去 23,化简得:
cos(2θ+6π)⩾21
2. 求解简化的三角不等式以确定其解集
根据余弦函数的性质,由 cos(2θ+6π)⩾21 可得:
−3π+2kπ⩽2θ+6π⩽3π+2kπ,k∈Z
不等式各部分同时减去 6π 得:
−2π+2kπ⩽2θ⩽6π+2kπ,k∈Z
同时除以 2 得:
−4π+kπ⩽θ⩽12π+kπ,k∈Z
所以原不等式的解集为 B={θ−4π+kπ⩽θ⩽12π+kπ,k∈Z}。
3. 通过比较集合之间的包含关系判断充分性与必要性
设已知条件对应的集合为 A={θ−4π⩽θ⩽12π}。
显然,当 k=0 时,集合 A 是集合 B 的一个子集,即 A⊊B。
因此:
- 若 θ∈A,则必有 θ∈B,即充分性成立;
- 若 θ∈B,不一定有 θ∈A(例如取 θ=1211π,属于 B 但不属于 A),即必要性不成立。
所以,“−4π⩽θ⩽12π”是“3cos2θ−21sin2θ⩾21+3”的充分不必要条件。
故选 A。