已知f(x)=sin⁡ωx−cos⁡ωx(ω>14,x∈R)f(x)=\sin \omega x-\cos \omega x(\omega > \dfrac{1}{4},x\in R),若f(x)f(x)的任意一条对称轴与xx轴的交点横坐标都不属于区间(2π,3π)(2\pi ,3\pi ),则ω\omega 的取值范围是()()
A. [38,712]⋃[78,1112][\dfrac{3}{8},\dfrac{7}{12}]\bigcup [\dfrac{7}{8},\dfrac{11}{12}]
B. (14,512]⋃[58,34](\dfrac{1}{4},\dfrac{5}{12}]\bigcup [\dfrac{5}{8},\dfrac{3}{4}]
C. [38,1112]⋃[118,1912][\dfrac{3}{8},\dfrac{11}{12}]\bigcup [\dfrac{11}{8},\dfrac{19}{12}]
D. (14,34]⋃[98,1712](\dfrac{1}{4},\dfrac{3}{4}]\bigcup [\dfrac{9}{8},\dfrac{17}{12}]

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完整解法

1. 利用辅助角公式化简函数解析式

已知函数为 f(x)=sin⁡ωx−cos⁡ωxf(x)=\sin \omega x-\cos \omega x,其中 ω>14\omega > \frac{1}{4}。
利用辅助角公式可得:
f(x)=2(12sin⁡ωx−12cos⁡ωx)=2sin⁡(ωx−π4)f(x) = \sqrt{2} \left(\frac{1}{\sqrt{2}}\sin \omega x - \frac{1}{\sqrt{2}}\cos \omega x\right) = \sqrt{2} \sin\left(\omega x - \frac{\pi}{4}\right)

2. 求函数 $f(x)$ 的对称轴方程

令 ωx−π4=kπ+π2\omega x - \frac{\pi}{4} = k\pi + \frac{\pi}{2} (k∈Zk \in \mathbb{Z}),
解得 f(x)f(x) 的对称轴方程为:
x=kπ+3π4ω=(4k+3)π4ωx = \frac{k\pi + \frac{3\pi}{4}}{\omega} = \frac{(4k+3)\pi}{4\omega} (k∈Zk \in \mathbb{Z})

3. 根据对称轴不属于给定区间建立关于 $\omega$ 的不等式关系并求出禁用区间

依题意,对任意 k∈Zk \in \mathbb{Z},恒有 xk∉(2π,3π)x_k \notin (2\pi, 3\pi)。
由于 ω>14\omega > \frac{1}{4},当 k<0k < 0 时,xk⩽−π4ω<0x_k \leqslant -\frac{\pi}{4\omega} < 0,自然不属于 (2π,3π)(2\pi, 3\pi),因此只需考虑 k⩾0k \geqslant 0 的情况。
若某条对称轴落入区间 (2π,3π)(2\pi, 3\pi),即:
2π<(4k+3)π4ω<3π2\pi < \frac{(4k+3)\pi}{4\omega} < 3\pi
解得 ω\omega 的禁用区间(不合题意区间)为:
ω∈(4k+312,4k+38)\omega \in \left(\frac{4k+3}{12}, \frac{4k+3}{8}\right)

4. 对 $k$ 分类讨论,求禁用区间的并集并求其补集得出 $\omega$ 的取值范围

设禁用区间为 Ik=(4k+312,4k+38)I_k = \left(\frac{4k+3}{12}, \frac{4k+3}{8}\right),列举其部分区间:

  • 当 k=0k=0 时,I0=(14,38)I_0 = \left(\frac{1}{4}, \frac{3}{8}\right)
  • 当 k=1k=1 时,I1=(712,78)I_1 = \left(\frac{7}{12}, \frac{7}{8}\right)
  • 当 k=2k=2 时,I2=(1112,118)I_2 = \left(\frac{11}{12}, \frac{11}{8}\right)
  • 当 k=3k=3 时,I3=(54,158)I_3 = \left(\frac{5}{4}, \frac{15}{8}\right)
    分析相邻禁用区间的重叠情况,若 Ik+1I_{k+1} 的左端点小于 IkI_k 的右端点,即 4k+712<4k+38\frac{4k+7}{12} < \frac{4k+3}{8}
    解得 8k+14<12k+9  ⟹  4k>5  ⟹  k>1.258k+14 < 12k+9 \implies 4k > 5 \implies k > 1.25。
    因此,当 k⩾2k \geqslant 2 时,所有禁用区间均发生重叠,合并后为 (1112,+∞)\left(\frac{11}{12}, +\infty\right)。
    综上,ω\omega 的总禁用范围为:
    (14,38)∪(712,78)∪(1112,+∞)\left(\frac{1}{4}, \frac{3}{8}\right) \cup \left(\frac{7}{12}, \frac{7}{8}\right) \cup \left(\frac{11}{12}, +\infty\right)
    结合条件 ω>14\omega > \frac{1}{4},取上述禁用范围在 (14,+∞)\left(\frac{1}{4}, +\infty\right)
    内的补集,得到 ω\omega 的取值范围为:
    [38,712]∪[78,1112]\left[\frac{3}{8}, \frac{7}{12}\right] \cup \left[\frac{7}{8}, \frac{11}{12}\right]
    故选 A。
答案

A

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