函数 ff 定义为 f(x)=4cos⁡ax+bf(x) = 4 \cos ax + b,定义域为 0≤x≤π0 \le x \le \pi,其中 aa 和 bb 为常数。ff 的周期为 2π3\frac{2\pi}{3},且该函数的最大值为 2。

  1. (i)

    写出 ff 的振幅。

  2. (ii)

    写出 aa 和 bb 的值。

  3. (iii)

    画出 y=f(x)y = f(x) 在 0≤x≤π0 \le x \le \pi 范围内的图像,并用包含 π\pi 的式子清晰地标出图像与 xx 轴交点的 xx 坐标。

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完整解法

7(i)

1. State the amplitude from the given function

The amplitude of f(x)=4cos⁡ax+bf(x) = 4 \cos ax + b is given by the coefficient of the cosine term.
Amplitude=4\text{Amplitude} = 4

答案

44

7(ii)

1. Find the value of $a$ using the given period.

The period of f(x)=4cos⁡ax+bf(x) = 4 \cos ax + b is given by 2πa\frac{2\pi}{a}.
2πa=2π3\frac{2\pi}{a} = \frac{2\pi}{3}
a=3a = 3

2. Find the value of $b$ using the given maximum value.

The maximum value of cos⁡ax\cos ax is 11.
The maximum value of f(x)f(x) is 4(1)+b=4+b4(1) + b = 4 + b.
Given that the maximum value is 22:
4+b=24 + b = 2
b=−2b = -2

答案

a=3a = 3, b=−2b = -2

7(iii)

1. Determine the full equation of the function using results from earlier parts

From the given period 2π3\frac{2\pi}{3}, a=3a = 3.
From the maximum value of 2 and amplitude 4, 4+b=2  ⟹  b=−24 + b = 2 \implies b = -2.
Thus, f(x)=4cos⁡3x−2f(x) = 4 \cos 3x - 2.

2. Find the $x$-coordinates where the graph crosses the $x$-axis

Set f(x)=0f(x) = 0:
4cos⁡3x−2=04 \cos 3x - 2 = 0
cos⁡3x=12\cos 3x = \frac{1}{2}
For 0≤x≤π0 \le x \le \pi, the domain for 3x3x is 0≤3x≤3π0 \le 3x \le 3\pi.
3x=π3,5π3,7π33x = \frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{3}, \frac{7\pi}{3}
x=π9,5π9,7π9x = \frac{\pi}{9}, \frac{5\pi}{9}, \frac{7\pi}{9}

3. Identify key points (maximum, minimum, and endpoints) for the sketch

At x=0x = 0, y=2y = 2 (maximum).
At x=π3x = \frac{\pi}{3}, y=4(−1)−2=−6y = 4(-1) - 2 = -6 (minimum).
At x=2π3x = \frac{2\pi}{3}, y=4(1)−2=2y = 4(1) - 2 = 2 (maximum).
At x=πx = \pi, y=4(−1)−2=−6y = 4(-1) - 2 = -6 (minimum).
The graph completes 1.5 cycles in the interval 0≤x≤π0 \le x \le \pi.

答案

A cosine curve starting at (0,2)(0, 2), with minimum points at (π3,−6)(\frac{\pi}{3}, -6) and (π,−6)(\pi, -6), and a maximum point at (2π3,2)(\frac{2\pi}{3}, 2). The xx-intercepts are π9\frac{\pi}{9}, 5π9\frac{5\pi}{9}, and 7π9\frac{7\pi}{9}.

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