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函数f(x)=sin(x+a) xf(x)小于等于asin2a

已知函数 $f(x)=\sin(x+\alpha)\ (0<\alpha<\pi)$,若 $xf(x)\leqslant\alpha\sin 2\alpha$($x\in(0,\pi)$),则 $\alpha$ 的取值范围是( )

⟨注⟩ 题干与选项为行内公式片段,GDI 渲染重叠严重。可辨认:$f(x)=\sin(x+\alpha)$、$0<\alpha<\pi$、$xf(x)\leqslant\alpha\sin 2\alpha$、区间选项 $(0,\tfrac12)$、$(\tfrac12,1)$、$(1,\tfrac32)$、$(\tfrac32,2)$、$y=xf(x)$、$x=\alpha$。按解答逻辑还原:$x=\alpha$ 时 $xf(x)=\alpha\sin 2\alpha$ 恰好取等,故条件即 $g(x)=xf(x)$ 在 $x=\alpha$ 处取得最值,从而 $g'(\alpha)=0$。题干确切表述需对照原文核对。

A. $\left(0,\dfrac{1}{2}\right)$  B. $\left(\dfrac{1}{2},1\right)$  C. $\left(1,\dfrac{3}{2}\right)$  D. $\left(\dfrac{3}{2},2\right)$

解答

设 $g(x)=xf(x)=x\sin(x+\alpha)$,$x\in(0,\pi)$

由 $x=\alpha$ 时 $g(\alpha)=\alpha\sin 2\alpha$(不等式右端),条件即 $g(x)\leqslant g(\alpha)$,故 $x=\alpha$ 应为 $g$ 的最值点:

$$g'(x)=\sin(x+\alpha)+x\cos(x+\alpha)=0$$

令 $x=\alpha$:

$$g'(\alpha)=\sin 2\alpha+\alpha\cos 2\alpha=0$$

令 $u=2\alpha$($u\in(0,2\pi)$),方程化为

$$\sin u+\frac{u}{2}\cos u=0$$

记 $\varphi(u)=\sin u+\dfrac{u}{2}\cos u$,逐段检验符号:

$$\varphi(1)=\sin 1+\frac{1}{2}\cos 1>0$$
$$\varphi(2)=\sin 2+\cos 2>0\quad\left(\text{即}\ \sin 2+1\cdot\cos 2=\sin 2+\frac{2}{2}\cos 2\right)$$
$$\varphi(3)=\sin 3+\frac{3}{2}\cos 3<0$$

$\therefore\ \varphi(u)$ 的零点 $u_0\in(2,3)$($\varphi$ 在该段单调),即

$$2<2\alpha<3$$
$$\therefore\ \alpha\in\left(1,\ \frac{3}{2}\right)$$

答案: C

⟨注⟩ 片段 img13(重叠"sin2…cos2…0")即 $g'(\alpha)=\sin 2\alpha+\alpha\cos 2\alpha=0$;img14 即驻点方程 $\sin(x+\alpha)+x\cos(x+\alpha)=0$;img15~17 为 $\varphi$ 在 $u=1,2,3$ 处的符号检验(img16 红色为草稿标注);img_19 为结论 $\alpha\in(1,\tfrac32)$。逻辑链完整自洽。

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