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【整理】别钓了!这些三角函数极值求不了!

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由于三角函数极值的「简单可爱」的钓鱼题实在是太好出了,特此收集一帖随缘更新。
随便镇。


IP属地:上海1楼2022-10-03 20:56回复
    开始之前,先讲一下类似镇楼图的,这类三角函数极值问题的通用思路。
    关键就是万能公式换元。令 t = tan(x/2),则 sin(x) = 2*t/(1+t*t) , cos(x) = (1-t^2)/(1+t^2)

    这样子把三角函数都变成关于 t 的分式。然后分式就很好求导,求导解出极值点就是了。
    ——
    比如求 (3sinx + 4cosx) 的值域,也可以用万能公式换元(虽然用辅助角公式一眼秒):

    ——
    虽然相比辅助角,本题用万能公式看起来非常笨比。但是通法的好处在于一个“通”字。反正这求导不是我求,因式分解不是我分,求导后解方程不是我解,连写过程也不是我写的(都是程序自动写的),真是方便。
    但是,唯一的问题,就是求导后有时候方程 ※真的※ 解不出来!众所周知,三次方程经常会出恐怖的根,五次方程已经不总有根式解了。比如可以试试镇楼图,求导后是个没有根式解的六次方程。
    如果求导后方程解不出来(特别是没有根式解),那答案也没有根式表示。这个时候你再怎么换方法也没用,拉乘、柯西、赫尔德、数形结合都是没用——毕竟答案都不能写出来嘛。
    本帖收集此类钓鱼题,欢迎分享类似的题(最好是关于sin(x),cos(x)不对称的函数)。


    IP属地:上海2楼2022-10-03 21:05
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      1.
      sin(x) + 1/(cos(x) + k)
      难度:当 k≠0,±1 时一般为不可解(无根式解)的六次方程
      类似镇楼图的题,镇楼图相当于 k = 2. 今天遇到的另一个帖子也算作此类问题 https://tieba.baidu.com/p/8058630954


      IP属地:上海3楼2022-10-03 21:10
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        2.
        k*sin(x) + 1/(cos(x) ± 1)
        难度:当k≠0,一般是不可解(无根式解)的五次方程。
        是三楼的一种变体。虽然从六次变到了五次,还基本上是无根式解的。比如下面这个就没有根式解。


        IP属地:上海5楼2022-10-03 21:19
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          3.
          1/(sin(x) + a) + k/(cos(x) + b)
          难度:当 a,b∉{0,1,-1},k≠0,a≠b,一般是不可解的六次方程
          比如下面充满着分式就能配柯西的味道!不好意思,其实没有根式解。


          IP属地:上海6楼2022-10-03 21:25
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            4.
            k/sin(x) + 1/(cos(x) ± 1)
            难度:三次方程
            6楼的一种变体,注意右边分母底下的常数需要是±1。三次方程总是可以解的,但是一般都不友善。
            譬如下例,虽然值域是R,但是如果要求 (0,π) 上的最小值就必须要解出它了。



            IP属地:上海7楼2022-10-03 21:35
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              5.
              sin(x)*cos(x) + a*sin(x) + b*cos(x)
              难度:当a,b∉{0,1,-1},一般为四次方程
              看起来也很可爱,像是关于sinx和cosx的二次式呢——



              IP属地:上海10楼2022-10-03 22:48
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                6.
                sin(x)*cos(x) ± sin(x) + b*cos(x)
                难度:一般为三次方程
                是10楼的特例。不过三次方程的解也不比四次方程短多少。


                IP属地:上海11楼2022-10-03 23:03
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                  7.
                  sin(x)*sin(x)*cos(x) + a*sin(x) + b*cos(x)
                  难度:一般为可解六次方程
                  如果是可解六次方程,常常最佳的方法不是万能公式换元,而是直接求导。这类的之后还会见到。先看看此例:


                  也可以直接操作该六次方程,
                  t^6 - 4*t^5 + t^4 - t^2 - 4*t - 1 = 0,
                  可以变成关于 t - 1/t 的三次方程
                  代入后,最小的字号一个屏幕也写不下,感受一下差不多得了


                  IP属地:上海13楼2022-10-04 00:53
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                    8.
                    sin(x) + k / cos(x)
                    难度:一般为可解的六次方程。
                    算是三楼的特例。由于是可解的六次方程,推测直接求导即可(类似十三楼),实际上的确如此。
                    如下例子,sinx + 1/cosx ,假设要求 (-π/2, π/2) 的极值点

                    可以得到方程 t^6 - 2*t^5 - 3*t^4 - 4*t^3 + 3*t^2 - 2*t - 1 = 0
                    可以写成关于 t - 1/t 的三次方程。



                    IP属地:上海15楼2022-10-04 10:09
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                      9.
                      1/sin(x) + k/cos(x)
                      难度:一般为可解的六次方程。
                      但是这次真的不是钓鱼!因为这个真的能用权方和/赫尔德!可以参考如下两贴:
                      https://tieba.baidu.com/p/8035729104
                      https://tieba.baidu.com/p/8025479303
                      直接求导也可以得出 cot³(x) = k,这个特殊的三次方程十分容易。



                      IP属地:上海17楼2022-10-04 10:21
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                        10.
                        sin(x)*cos(x)*cos(x) + a*sin(x)*cos(x) + b*sin(x)
                        难度:一般为可解的六次方程。(只有偶数次项)
                        只有偶数次项的六次方程相当于三次方程。一个数据凑的比较好的题目在 https://tieba.baidu.com/p/8048574074
                        下面看一个更一般的例子。



                        IP属地:上海18楼2022-10-04 10:55
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                          11.
                          sin(x)*cos(x) + a*sin(x)
                          难度:一般为只有偶数次项的四次方程。
                          只有偶数次项意味着四次方程相当于二次方程,简单友好,属于手算可做的范围。一个数据比较好的例子在 https://www.zhihu.com/question/453220685
                          一般情况下答案的形式长这样



                          IP属地:上海19楼2022-10-04 11:10
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                            12.
                            cos(x)*cos(x)/sin(x) + a*sin(x)/cos(x)
                            难度:一般为只有偶数次项的不可解十次方程。
                            只有偶数次项的十次方程相当于五次方程。关键在于五次方程是否可解(是否有根式解),一般的a都是不可解的。但是偶尔能凑出可解的情形,比如风靡一时的小钓鱼题
                            https://tieba.baidu.com/p/7999433005
                            https://www.zhihu.com/question/553730624



                            IP属地:上海22楼2022-10-04 11:34
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                              13.
                              sin(x) / cos(x) + a * sin(x)
                              难度:一般为只有偶数次项的六次方程。
                              即三次方程。也可以直接求导,变成关于 cosx 的三次方程。



                              IP属地:上海23楼2022-10-04 11:54
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