“−π4⩽θ⩽π12-\dfrac{π}{4}\leqslant θ\leqslant\dfrac{π}{12}”是“3cos⁡2θ−12sin⁡2θ⩾1+32\sqrt{3}\cos^{2}θ-\dfrac{1}{2}\sin 2θ\geqslant\dfrac{1+\sqrt{3}}{2}”的()(\quad)
A. 充分不必要条件
B. 必要不充分条件
C. 充分必要条件
D. 既不充分也不必要条件

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完整解法

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 cos⁡2θ=1+cos⁡2θ2\cos^{2}\theta = \dfrac{1+\cos 2\theta}{2},对不等式左边进行变形:
3cos⁡2θ−12sin⁡2θ=3⋅1+cos⁡2θ2−12sin⁡2θ\sqrt{3}\cos^{2}\theta-\dfrac{1}{2}\sin 2\theta = \sqrt{3}\cdot\dfrac{1+\cos 2\theta}{2}-\dfrac{1}{2}\sin 2\theta
=32cos⁡2θ−12sin⁡2θ+32= \dfrac{\sqrt{3}}{2}\cos 2\theta - \dfrac{1}{2}\sin 2\theta + \dfrac{\sqrt{3}}{2}
利用辅助角公式 acos⁡x+bsin⁡x=Rcos⁡(x+φ)a\cos x + b\sin x = R\cos(x + \varphi),将其化简为:
cos⁡(2θ+π6)+32\cos\left(2\theta+\dfrac{\pi}{6}\right) + \dfrac{\sqrt{3}}{2}
代入原不等式中,可得:
cos⁡(2θ+π6)+32⩾1+32\cos\left(2\theta+\dfrac{\pi}{6}\right) + \dfrac{\sqrt{3}}{2} \geqslant \dfrac{1+\sqrt{3}}{2}
两边同时减去 32\dfrac{\sqrt{3}}{2},化简得:
cos⁡(2θ+π6)⩾12\cos\left(2\theta+\dfrac{\pi}{6}\right) \geqslant \dfrac{1}{2}

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+π6)⩾12\cos\left(2\theta+\dfrac{\pi}{6}\right) \geqslant \dfrac{1}{2} 可得:
−π3+2kπ⩽2θ+π6⩽π3+2kπ,k∈Z-\dfrac{\pi}{3} + 2k\pi \leqslant 2\theta + \dfrac{\pi}{6} \leqslant \dfrac{\pi}{3} + 2k\pi, \quad k\in\mathbb{Z}
不等式各部分同时减去 π6\dfrac{\pi}{6} 得:
−π2+2kπ⩽2θ⩽π6+2kπ,k∈Z-\dfrac{\pi}{2} + 2k\pi \leqslant 2\theta \leqslant \dfrac{\pi}{6} + 2k\pi, \quad k\in\mathbb{Z}
同时除以 2 得:
−π4+kπ⩽θ⩽π12+kπ,k∈Z-\dfrac{\pi}{4} + k\pi \leqslant \theta \leqslant \dfrac{\pi}{12} + k\pi, \quad k\in\mathbb{Z}
所以原不等式的解集为 B={θ  |  −π4+kπ⩽θ⩽π12+kπ,k∈Z}B = \left\{ \theta \;\middle|\; -\dfrac{\pi}{4} + k\pi \leqslant \theta \leqslant \dfrac{\pi}{12} + k\pi, k\in\mathbb{Z} \right\}。

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  |  −π4⩽θ⩽π12}A = \left\{ \theta \;\middle|\; -\dfrac{\pi}{4}\leqslant \theta\leqslant\dfrac{\pi}{12} \right\}。
显然,当 k=0k=0 时,集合 AA 是集合 BB 的一个子集,即 A⊊BA \subsetneq B。
因此:

  1. 若 θ∈A\theta \in A,则必有 θ∈B\theta \in B,即充分性成立;
  2. 若 θ∈B\theta \in B,不一定有 θ∈A\theta \in A(例如取 θ=11π12\theta = \dfrac{11\pi}{12},属于 BB 但不属于 AA),即必要性不成立。
    所以,“−π4⩽θ⩽π12-\dfrac{\pi}{4}\leqslant \theta\leqslant\dfrac{\pi}{12}”是“3cos⁡2θ−12sin⁡2θ⩾1+32\sqrt{3}\cos^{2}\theta-\dfrac{1}{2}\sin 2\theta\geqslant\dfrac{1+\sqrt{3}}{2}”的充分不必要条件。

故选 A。

答案

A

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