高考数学三角函数典型例题
三角函数典型例题
1在∆ABC 中, 角A . B .C 的对边分别为a 、b 、c, 且满足(2a-c)cosB=bcos C.
(Ⅰ) 求角B 的大小;
(Ⅱ) 设m =(sin A,cos 2A ),n =(4k, 1)(k >1), 且m ⋅n 的最大值是5, 求k 的值.
【解析】:(I)∵(2a -c )cos B =b cos C ,
∴(2sinA -sin C )cos B =sinB cos C. 即2sin A cos B =sinB cos C +sinC cos B =sin(B +C ) ∵A +B +C =π,∴2sin A cos B =sinA. ∵0
1
. 2
∵0
π
. 3
(II)m ⋅n =4k sin A +cos2A.
=-2sin2A +4k sin A +1,A ∈(0,设sin A =t , 则t ∈(0, 1].
2π
) 3
则m ⋅n =-2t 2+4kt +1=-2(t -k ) 2+1+2k 2, t ∈(0, 1].
∵k >1,∴t =1时, m ⋅n 取最大值.
依题意得,-2+4k +1=5,∴k =
2 .
.设锐角∆ABC 的内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c , a =2b sin A .
3
. 2
(Ⅰ) 求B 的大小; (Ⅱ) 求cos A +sin C 的取值范围.
【解析】:(Ⅰ) 由a =2b sin A , 根据正弦定理得sin A =2sin B sin A , 所以sin B =
1
, 2
由∆ABC 为锐角三角形得B =
π. 6
(Ⅱ) cos A +sin C =cos A +sin π-
⎛
⎝π⎫-A ⎪ 6⎭
⎛π⎫
=cos A +sin +A ⎪
⎝6⎭
1=cos A +cos A A
2
=⎛
⎝
A +π⎫3⎪⎭.
3 .在∆ABC 中, a 、b 、c 分别是角A . B .C 的对边, C =2A , cos A =
3
4
, (1)求cos C , cos B 的值; (2)若⋅=
27
2
, 求边AC 的长。 【解析】:(1)cos C =cos 2A =2cos 2
A -1=2⨯
916-1=18
由cos C =18, 得sin C =378; 由cos A =37
4, 得sin A =
4 ∴cos B =-cos (A +C )=sin A sin C -cos A cos C =73734⨯8-4⨯18=9
16
(2)⋅=272, ∴ac cos B =27
2
, ∴ac =24 ① 又a sin A =c sin C , C =2A , ∴c =2a cos A =3
2
a ② 由①②解得a=4,c=6
∴b 2=a 2+c 2-2ac cos B =16+36-48⨯9
16
=25 ∴b =5, 即AC 边的长为5.
4 .在∆ABC 中, 角A , B , C 所对的边分别为a ,b ,c , sin
A +B 2+sin C
2
=2. I. 试判断△ABC 的形状;
II. 若△ABC 的周长为16, 求面积的最大值.
【解析】:I.sin
π-C
C 2
+sin
2=cos C 2+sin C C π2=2sin(2+4
) ∴
C ππ2+4=2即C =π
2
, 所以此三角形为直角三角形. II. 16=a +b +a 2+b 2≥ab +2ab , ∴ab ≤64(2-2) 2当且仅当a =b 时取等号, 此时面积的最大值为32(6-42)
.
5 ..在∆ABC 中, 已知内角
A . B .C 所对的边分别为a 、b 、m =(2s i B n , n 3=⎛ ⎝
cos 2B ,2cos 2B 2-1⎫⎪ ⎭, 且m //n 。
(I)求锐角B 的大小;
(II)如果b =2, 求∆ABC 的面积S ∆ABC 的最大值。
【解析】:(1) m //n
⇒ 2sinB(2cos2
B 2
3cos2B
c , 向
量
⇒3cos2B ⇒ tan2B=-3
2ππ
∵0
33π5π
(2)由tan2B 3 ⇒ B=36π
①当B=时, 已知b=2,由余弦定理, 得:
3
4=a 2+c 2-ac≥2ac-ac=ac(当且仅当a=c=2时等号成立) 13
∵△ABC 的面积S △ABC =acsinB=ac ≤3
24∴△ABC 3
5π
②当B=时, 已知b=2,由余弦定理, 得:
6
4=a 2+c 23ac≥2ac +3ac=(23)ac (当且仅当a=c6-2时等号成立) ∴ac≤4(2-3)
11∵△ABC 的面积S △ABC =2-24∴△ABC 的面积最大值为3
2
6 已知在∆ABC 中, A >B , 且tan A 与tan B 是方程x
-5x +6=0的两个根.
(Ⅰ) 求tan(A +B ) 的值; (Ⅱ) 若AB =5, 求BC 的长.
【解析】:(Ⅰ) 由所给条件, 方程x
2
-5x +6=0的两根tan A =3, tan B =2.
∴tan(A +B ) =
tan A +tan B 2+3
==-1
1-tan A tan B 1-2⨯3
(Ⅱ) ∵A +B +C =180, ∴C =180 -(A +B ) . 由(Ⅰ) 知, tan C =-tan(A +B ) =1,
∵C 为三角形的内角,
∴sin C =
∵tan A =3, A 为三角形的内角,
∴sin A =
由正弦定理得:
AB BC
=
sin C sin A
∴BC =
=
+θ)
7 .已知tan α=a , (a >1) , 求⋅tan 2θ的值。 sin(-θ)
2
【解析】
π
2a ; 1-a
8 .在∆ABC 中, 角A . B .C 所对的边分别是a , b , c , 且a +c -b =
2
2
2
1ac . 2
(1)求sin
2
A +C
+cos 2B 的值; 2
14
(2)若b =2,求△ABC 面积的最大值.
【解析】:(1) 由余弦定理:
sin 2
1A +C
+cos2B= -
42
(2)由cos B =
1b =2, , 得sin B =. ∵
44
a
2
811
+c 2=ac +4≥2ac , 得ac ≤, S △ABC ac si nB ≤(a =c 时取等号)
2233
故S △ABC 的最大值为
2
3
9 已知函数f(x)=sinx+
sinxcosx+2cos2x,x ∈R.
(1)求函数f(x)的最小正周期和单调增区间; (2)函数f(x)的图象可以由函数y=sin2x(x∈R) 的图象经过怎样的变换得到?
【解析】
:(1)f (x ) =
1-cos 2x 2x +(1+cos 2x )
213
2x +cos 2x +22
π3
=sin(2x +) +.
62=
∴f (x ) 的最小正周期T =
由题意得2k π-
2π
=π. 2
π
2
≤2x +
π
6
≤2k π+
π
2
, k ∈Z , 即 k π-
π
3
≤x ≤k π+
π
6
, k ∈Z .
ππ⎤⎡
∴f (x ) 的单调增区间为⎢k π-, k π+⎥, k ∈Z .
36⎦⎣
(2)先把y =sin 2x 图象上所有点向左平移得到y =sin(2x +
π
个单位长度, 12
3
个单位长度, 2
π
6
) 的图象, 再把所得图象上所有的点向上平移
就得到y =sin(2x +
π
3
) +的图象。 62
3π⎫⎛sin (5π-α)⋅cos α+⎪⋅cos (π+α)2⎭⎝10..已知f (α)=
3π⎫π⎫⎛⎛
sin α-⋅cos α+⎪ ⎪⋅tan (α-3π)2⎭2⎭⎝⎝
(I)化简f
(α)
⎛3π⎫1
-α⎪=, 求f (α)的值。 ⎝2⎭5
(II)若α是第三象限角, 且cos
【解析】
⎛33⎫πx πx
⎪, b =(sin, cos ) , f (x ) =⋅。 , -11.已知= 2442⎪⎝⎭
(1)求f (x ) 的单调递减区间。
(2)若函数y =g (x ) 与y =f (x ) 关于直线x =1对称, 求当x ∈[0, ]时, y =g (x ) 的最大值。
4
3
【解析】:(1)
f (x ) =∈[
πx 3πx πx πsin -cos =3sin(-) 2424433π
+2k π]时, f (x ) 单调递减 2
∴当
πx
4
32
1022
+8k ]时, f (x ) 单调递减。 解得:x ∈[+8k ,
33
-
ππ
+2k π,
(2)∵函数y =g (x ) 与y =f (x ) 关于直线x =1对称 ∴g (x ) =f (2-x ) =
⎡π(2-x ) π⎤
sin ⎢-⎥
3⎦⎣4
⎡ππx π⎤⎛πx π⎫
=3sin ⎢--⎥=3cos +⎪
⎣243⎦⎝43⎭
∵x ∈[0, ] ∴
43
πx
4
+
π
11⎡π2π⎤⎛πx π⎫
∈⎢, ⎥ ∴cos +⎪∈[-, ] 3⎣33⎦22⎝43⎭3
2
∴x =0时, g max (x ) =
12.已知cos α=-2sin α, 求下列各式的值;
(1)
2sin α-cos α
;
sin α+3cos α
2
(2)sin α+2sin αcos α
【解析】:Q cos α=-2sin α, ∴tan α=-
1 2
⎛1⎫2⨯ -⎪-1
2sin α-cos α2tan α-1⎝2⎭=-4 (1)==
1sin α+3cos αtan α+35-+32
sin 2α+2sin αcos α
(2)sin α+2sin αcos α= 22
sin α+cos α
2
⎛1⎫⎛1⎫-+2⨯⎪ -⎪tan 2α+2tan α 2⎝⎭⎝2⎭=-3
==2
tan 2α+15⎛1⎫
-⎪+1⎝2⎭
13.设向量a =(sinx ,cos x ), b =(cosx ,cos x ), x ∈R , 函数f (x ) =a ⋅(a +b )
2
(I)求函数f (x ) 的最大值与最小正周期; (II)求使不等式f (x ) ≥
【解析】
3
成立的x 的取值集合。 2
14.已知向量=(cosα-
π2
, -1) , =(sinα, 1) , 与为共线向量, 且α∈[-, 0]23
(Ⅰ) 求sin α+cos α的值; (Ⅱ) 求
sin 2α
的值. 。sin α-cos α
【解析】:(Ⅰ) 与为共线向量, ∴(cosα-
2
) ⨯1-(-1) ⨯sin α=0, 3
即sin α+cos α=
2 3
2
(Ⅱ) 1+sin 2α=(sinα+cos α) =
27
, ∴sin 2α=- 99
(sinα+cos α) 2+(sinα-cos α) 2=2,
∴(sinα-cos α) 2=2-(
又 α∈[-
2216 ) =
39
4
3
π
2sin 2α7
= 因此,
sin α-cos α12
, 0], ∴sin α-cos α
15.如图,A,B,C,D 都在同一个与水平面垂直的平面内,B,D 为两岛上的两座
灯塔的塔顶。测量船于水面A 处测得B 点和D 点的仰角分别为75, 30, 于水面C 处测得B 点和D 点的仰角均为60,AC=0.1km。试探究图中B,D 间距离与另外哪两点距离相等, 然后求B,D 的距离(计算结果精确到
≈
≈2.449)
00
【解析】:在∆ACD 中, ∠DAC =30°, ∠ADC =60°-∠DAC =30°,
所以CD=AC=0.1
又∠BCD =180°-60°-60°=60°,
故CB 是∆CAD 底边AD 的中垂线, 所以BD=BA 在∆ABC 中,
AB AC
=,
sin ∠BCA sin ∠ABC
即AB=
AC sin 60︒32+ =
sin 15︒20
32+6
≈0. 33km
20
因此, BD =
故 B .D 的距离约为0.33km 。
16.已知函数f (x ) =A sin(ωx +ϕ), x ∈R (其中A >0, ω>0,0
π
2
) 的图象与x 轴的交点中, 相邻两个
交点之间的距离为
π2π
, -2) . , 且图象上一个最低点为M (
23
ππ
(Ⅰ) 求f (x ) 的解析式;(Ⅱ) 当x ∈[, ], 求f (x ) 的值域.
1222π
, -2) 得A=2. 【解析】: (1)由最低点为M (3
πT π2π2π
==2 由x 轴上相邻的两个交点之间的距离为得=, 即T =π, ω=
222T π
2π2π4π, -2) 在图像上的2sin(2⨯+ϕ) =-2, 即sin(+ϕ) =-1 由点M (3334ππ11π+ϕ=2k π-, k ∈Z ∴ϕ=2k π-故 326
πππ
又ϕ∈(0,), ∴ϕ=, 故f (x ) =2sin(2x +)
266ππππ7π
∴2x +∈[, ] (2) x ∈[, ],
122636ππππ7π当2x +=, 即x =时, f (x ) 取得最大值2; 当2x +=
62666π
即x =时, f (x ) 取得最小值-1, 故f (x ) 的值域为[-1,2]
2
17.如图, 为了解某海域海底构造, 在海平面内一条直线上的A,B,C 三点进行测量, 已知
AB =50m , BC =120m , 于A 处测得水深AD =80m , 于B 处测得水深BE =200m , 于C 处测得水深
CF =110m , 求∠DEF 的余弦值。
【解析】:作DM //AC 交BE 于N , 交CF 于M
.
DF ==
DE ==
130,
EF ===150
在∆DEF 中, 由余弦定理,
DE 2+EF 2-DF 21302cos ∠DEF =2DE ⨯EF =+1502-102⨯2982⨯130⨯150=1665
18.已知sin θ+cos θ=
15,θ∈(π
2
, π) , 求(1)sin θ-cos θ(2)sin 3θ-cos 3θ(3)sin 4θ+cos 4
θ
【解析】:(1)sin θ-cos θ=
75(2)sin3θ-cos 3θ=91337125(3)sin4θ+cos 4θ=625
19.已知函数y =A sin(ωx +ϕ) (A >0, ω>0,|ϕ|
如图所示,
(1)求函数的解析式;
(2)求这个函数的单调递增区间。
【解析】:(1)由图象可知: T =2⎡⎢3π-⎛2-(-2)⎣
8 ⎝-π⎫⎤8⎪⎭⎥⎦=π⇒ω=2πT =2;A =2=2 ∴y =2sin (2x +ϕ) ,又∵⎛π⎝ -
8,2⎫
⎪⎭
为“五点画法”中的第二点 ∴2⨯⎛ ⎝-π⎫8⎪⎭+ϕ=π2⇒ϕ=3π4 ∴所求函数解析式为:y =2sin ⎛ 3π⎫ ⎝
2x +4⎪⎭(2)∵当2x +3π∈⎛ -π+2k ππ+2k π⎫⎪(k ∈Z )时,f (x )单调递增 4⎝22⎭
∴2x ∈⎛ 5π⎝-
4+2k π,-π4+2k π⎫⎪⎭⇒x ∈⎛ ⎝-5ππ⎫8+k π,-8+k π⎪⎭
(k ∈Z ) 20.已知∆ABC 的内角A . B .C 所对边分别为a 、b 、c ,设向量m =(1-cos(A +B ), cos
A -B
2
) ,
n =(, cos ) ,且m ⋅n =.
828(Ⅰ)求tan A ⋅tan B 的值;
ab sin C
(Ⅱ)求2的最大值.
a +b 2-c 2
9592A -B = 【解析】(Ⅰ)由⋅=,得[1-cos(A +B )]+cos 8828
51+cos(A -B ) 9
= 即 [1-cos(A +B )]+
828
也即 4cos(A -B ) =5cos(A +B )
∴4cos A cos B +4sin A sin B =5cos A cos B -5sin A sin B ∴9sin A sin B =cos A cos B ∴tan A tan B =
21.已知函数f (x ) =(1-tan x )[1+
1
9
2sin(2x +
π
4
)],求:
(1)函数f (x ) 的定义域和值域; (2)写出函数f (x ) 的单调递增区间。
【解析】:
ππ⎫⎛sin x ⎫⎛
f (x ) = 1-1+2sin 2x cos +2cos 2x sin ⎪ ⎪
44⎭⎝cos x ⎭⎝
⎛sin x ⎫2
= 1-⎪2sin x cos x +2cos x =2(cos x -sin x )(cos x +sin x ) ⎝cos x ⎭
()
=2(cos2x -sin 2x ) =2cos 2x
(Ⅰ)函数的定义域 ⎨x |x ∈R , x ≠k π+
⎧
⎩
π
⎫, k ∈Z ⎬ 2⎭
2x ≠2k π+π, k ∈Z ∴2cos 2x ≠-2,
函数f (x ) 的值域为(-2, 2]
(Ⅱ)令2k π-π
π
2
⎛
⎝
π
⎤
, k π⎥(k ∈Z ) 2⎦
22.如图为一个观览车示意图.该观览车圆半径为4.8m ,圆上最低点与地面距
离为0.8m ,60秒转动一圈.途中OA 与地面垂直.以OA 为始边,逆时针
转动θ角到OB .设B 点与地面距离为h . (1)求h 与θ的函数解析式;
(2)设从OA 开始转动,经过80秒到达OB ,求h .
【解析】:(1)∵h =0.8+OA +BC =0.8+4.8+OB sin α=5.6+4.8sin(θ-90︒) ,
∴h =5.6-4.8cos θ(θ≥0) (2)∵ω=
23.设函数
ππ8π8π2ππ
t ,∴θ=⨯80==8(m) ,∴h =5. 6-4. 8cos =,θ=3030336030
f (x ) =a ⋅b , 其中向量a =(2cos x , 1), b =(cosx , 3sin 2x +m ).
(1)求函数f (x ) 的最小正周期和在[0, π]上的单调递增区间; (2)当x ∈[0,
π
6
]时, -4
2
【解析】:(1) f (x ) =2cos x +3sin 2x +m =2sin(2x +
π
6
) +m +1,
∴函数f (x ) 的最小正周期T =
2π
=π. 4分2
π2π
在[0, π]上单调递增区间为[0, ],[, π]. 6分
63
(2)当x ∈[0,
π
66
当x =0时, f (x ) min =m +2, 8分
]时, f (x ) 递增, ∴当x =
π
时, f (x ) max =m +3,
⎧m +3
由题设知⎨ 10分
m +2>-4, ⎩
解之, 得-6
24.
已知函数
⎛π⎫⎡ππ⎤
f (x ) =2sin 2 +x ⎪-2x ,x ∈⎢⎥.
⎝4⎭⎣42⎦
(1)求f (x ) 的最大值和最小值;
(2)f (x ) -m
42
【解析】(Ⅰ
)∵f (x ) =⎢1-cos
⎡ππ⎤
⎣⎦
⎡⎣⎛π⎫⎤
+2x ⎪⎥2x =1+sin 2x 2x ⎝2⎭⎦
π⎫⎛
=1+2sin 2x -⎪.
3⎭⎝
又∵x ∈⎢⎥,∴≤2x -≤,
63342⎣⎦即2≤1+2sin 2x -
⎡ππ⎤
ππ2π
⎛⎝
π⎫
⎪≤3, 3⎭
∴f (x ) max =3,f (x ) min =2.
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(Ⅱ)∵f (x ) -m
42
⎡ππ⎤⎣⎦
∴m >f (x ) max -2且m
∴1
25.在锐角△ABC 中, 角A . B .C 的对边分别为a 、b 、c, 已知(b
2
+c 2-a 2) tan A =3bc .
(I)求角A;
(II)若a=2,求△ABC 面积S 的最大值。
【解析】:(I)由已知得b 2+c 2-a 22bc ⋅sin A 33
cos A =2⇒sin A
2
又在锐角△ABC 中, 所以A=60°,[不说明是锐角△ABC 中, 扣1分] (II)因为a=2,A=60°所以b 2+c 2
=bc +4, S =
12bc sin A =4
bc 而b 2
+c 2
≥2bc ⇒bc +4≥2bc ⇒bc ≤4 又S =
12bc sin A =3
4bc ≤4
⨯4= 所以△ABC 面积S 的最大值等于
26.甲船由A 岛出发向北偏东45°的方向作匀速直线航行, 速度为
152浬/小时, 在甲船从A 岛出发的同时, 乙船从A 岛正南40浬处的B 岛出发, 朝北偏东θ(θ=arctg 1) 的方向作匀速直线航
2
行, 速度为10
5浬/小时.(如图所示)
(Ⅰ) 求出发后3小时两船相距多少浬?
(Ⅱ) 求两船出发后多长时间相距最近? 最近距离为多少浬? 【解析】:以A 为原点,BA 所在直线为y 轴建立如图所示的平面直角坐标系.
设在t 时刻甲、乙两船分别在P(x 1, y1) Q (x 2,y 2).
则⎧⎨x 1=15t cos 45 =15t t
2分⎩y 1=x 1=15
由θ=arctg 12可得, cos θ=255, sin θ=5
,
x 2=t sin θ=10t
y 2=t cos θ-40=20t -40 5分
(I)令t =3,P 、Q 两点的坐标分别为(45,45),(30,20)
|PQ |=(45-30) 2+(45-20) 2==5.
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即两船出发后3小时时, 相距5锂 (II)由(I)的解法过程易知:
|PQ |=(x 2-x 1) 2+(y 2-y 1) 2=(10t -15t ) 2+(20t -40-15t ) 2 10分
=50t 2-400t +1600=50(t -4) 2+800≥202
∴当且仅当t=4时,|PQ|的最小值为20 即两船出发4小时时, 相距20
2
2海里为两船最近距离.
(tanA-tanB) =1+tanA·tan B.
27.在锐角∆ABC 中,已知内角A . B .C 所对的边分别为a 、b 、c ,且
(1)若a 2-ab =c 2-b 2,求A . B .C 的大小;
(2)已知向量m =(sinA,cosA) ,n =(cosB,sinB) ,求|3m -2n |的取值范围. 【解析】
28.如图,某住宅小区的平面图呈扇形AO C.小区的两个出入口设置在点A
及点C 处,小区里有两条笔直的小路AD ,DC ,且拐弯处的转角为
120 .已知某人从C 沿CD 走到D 用了10分钟,从D 沿DA 走到A 用
了6分钟.若此人步行的速度为每分钟50米,求该扇形的半径OA 的长(精确到1米).
【解析】解法一:设该扇形的半径为r 米. 由题意,得 CD =500(米),DA =300(米),∠CDO=60
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在∆CDO 中,CD 2+OD 2-2⋅CD ⋅OD ⋅cos600=OC 2, 即5002
+(r -300)2
-2⨯500⨯(r -300)⨯
1
2
=r 2, 解得r =
4900
11
≈445(米) 解法二:连接AC ,作OH ⊥AC ,交A C 于H
由题意,得CD =500(米),AD =300(米),∠CDA =1200
在∆ACD 中, AC 2=CD 2+AD 2-2⋅CD ⋅AD ⋅cos1200
=5002+3002+2⨯500⨯300⨯12
2
=700,
∴ AC=700(米)
CAD =AC 2+AD 2-CD 2cos ∠112⋅AC ⋅AD =14.
在直角∆HAO 中, AH =350
(米),cos ∠HA 0=11
14
, ∴ OA =
AH cos ∠HAO =4900
11
≈445(米)
29.已知角α的顶点在原点, 始边与x 轴的正半轴重合,
终边经过点P (-.
(1)求tan α的值; (2)定义行列式运算
a b c d
=ad -bc , 求行列式
sin α
tan α
1cos α
的值; (3)若函数f (x ) =cos(x +α) -sin α
sin(x +α) cos α
(x ∈R ),
求函数y =(
π
2
-2x ) +2f 2(x ) 的最大值, 并指出取到最大值时x 的值
【解析】:(1)∵ 角α
终边经过点P (-,
∴tan α=. (2)sin α=
1
2
, cos α=
sin α
tan α1cos α=sin αcos α-tan α==
. (3)f (x ) =cos(x +α)cos α+sin(x +α)sin α=cos x (x ∈R ), ∴
函数y π
2
-2x ) +2cos 2x
2x +1+cos2x =2sin(2x +π
6
) +1(x ∈R ),
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∴y max =3, 此时x =k π+
π
6
(k ∈Z ) .
30.已知函数f (x ) =(sinx +cos x ) 2+cos2x .
⎡π⎤
(Ⅰ) 求函数f (x )的最小正周期;(Ⅱ) 当x ∈⎢0, ⎥时, 求函数f (x )的最大值, 并写出x 相应的取值.
⎣2⎦
【解析】:(Ⅰ) 因为f (x ) =(sinx +cos x ) 2+cos2x =sin 2x +2sin x cos x +cos 2x +cos2x
=1+sin 2x +cos 2x
( )x +
π
4
)
所以, T =
2π
=π, 即函数f (x ) 的最小正周期为π 2
(Ⅱ) 因为0≤x ≤
π
2
, 得
π
4
≤2x +
π
4
≤
π5π
≤sin(2x +) ≤1
,
所以有44
-1≤x +) ≤
即0≤1x +) ≤1
44所以, 函数f (x
)的最大值为1 此时, 因为
ππ
π
4
≤2x +
π
4
≤
5ππππ
, 所以, 2x +=, 即x = 4428
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