函数 ff 定义为 f(x)=3sin⁡x−4cos⁡2xf(x)=3\sin x-4\cos 2x,其中 0<x<π20<x<\dfrac{\pi}{2}。

  1. (a)

    写出计算过程,并说明 ff 是单调递增函数还是单调递减函数。

  2. (b)

    点 PP 沿曲线 y=f(x)y=f(x) 运动,其 x 坐标以每秒 2 个单位的速度递增。

    证明当 x=π6x=\dfrac{\pi}{6} 时,点 PP 的 y 坐标以每秒 11311\sqrt{3} 个单位的速度递增。

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完整解法

6(a)

1. Find the derivative of $f(x)$

f′(x)=3cos⁡x−4(−sin⁡2x)(2)f'(x) = 3\cos x - 4(-\sin 2x)(2)
f′(x)=3cos⁡x+8sin⁡2xf'(x) = 3\cos x + 8\sin 2x

2. Analyse the sign of $f'(x)$ in the given interval

For 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2}:
cos⁡x>0\cos x > 0
Since 0<2x<π0 < 2x < \pi, sin⁡2x>0\sin 2x > 0
Therefore, 3cos⁡x+8sin⁡2x>03\cos x + 8\sin 2x > 0.

3. Conclude whether the function is increasing or decreasing

Since f′(x)>0f'(x) > 0 for all xx in the interval 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2}, ff is an increasing function.

答案

Since f′(x)>0f'(x) > 0 for 0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2}, ff is an increasing function.

6(b)

1. Find the derivative of $y$ with respect to $x$.

y=3sin⁡x−4cos⁡2xy = 3\sin x - 4\cos 2x
dydx=3cos⁡x−4(−sin⁡2x)(2)\frac{dy}{dx} = 3\cos x - 4(-\sin 2x)(2)
dydx=3cos⁡x+8sin⁡2x\frac{dy}{dx} = 3\cos x + 8\sin 2x

2. Evaluate $\frac{dy}{dx}$ at $x = \frac{\pi}{6}$.

When x=π6x = \frac{\pi}{6},
dydx=3cos⁡(π6)+8sin⁡(2×π6)\frac{dy}{dx} = 3\cos\left(\frac{\pi}{6}\right) + 8\sin\left(2 \times \frac{\pi}{6}\right)
dydx=3(32)+8sin⁡(π3)\frac{dy}{dx} = 3\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right) + 8\sin\left(\frac{\pi}{3}\right)
dydx=332+8(32)\frac{dy}{dx} = \frac{3\sqrt{3}}{2} + 8\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)
dydx=1132\frac{dy}{dx} = \frac{11\sqrt{3}}{2}

3. Use the chain rule to find the rate of change of $y$.

Given dxdt=2\frac{dx}{dt} = 2,
dydt=dydx×dxdt\frac{dy}{dt} = \frac{dy}{dx} \times \frac{dx}{dt}
dydt=1132×2\frac{dy}{dt} = \frac{11\sqrt{3}}{2} \times 2
dydt=113\frac{dy}{dt} = 11\sqrt{3} (shown)

答案

Shown that dydt=113\frac{dy}{dt} = 11\sqrt{3} units/s.

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