题目
15、填空 已知函数f(x)=asinx+(1)/(3)sin3x在点x=(pi)/(3)处取 得极值,则常数a=_____.
15、填空 已知函数$f(x)=asinx+\frac{1}{3}sin3x$在点$x=\frac{\pi}{3}$处取 得极值,则常数a=_____.
题目解答
答案
函数 $ f(x) = a \sin x + \frac{1}{3} \sin 3x $ 在 $ x = \frac{\pi}{3} $ 处取得极值,其一阶导数 $ f'(x) = a \cos x + \cos 3x $ 在该点应为零。
计算得:
$f'\left(\frac{\pi}{3}\right) = a \cos\left(\frac{\pi}{3}\right) + \cos(\pi) = \frac{a}{2} - 1 = 0$
解得 $ a = 2 $。
二阶导数 $ f''(x) = -a \sin x - 3 \sin 3x $,在 $ x = \frac{\pi}{3} $ 处为 $ f''\left(\frac{\pi}{3}\right) = -\sqrt{3} < 0 $,表明为极大值。
答案: $\boxed{2}$
解析
本题考查函数极值的相关知识。解题的关键思路是利用函数在某点取得极值的必要条件,即该点处的一阶导数为零,先求出常数 $a$ 的值,再通过二阶导数判断该点是极大值点还是极小值点(本题虽不要求判断,但可作为验证)。
- 首先求函数 $f(x)=a\sin x+\frac{1}{3}\sin 3x$ 的一阶导数:
- 根据求导公式 $(\sin x)^\prime=\cos x$ 以及复合函数求导法则 $(\sin u)^\prime=\cos u\cdot u^\prime$,对 $f(x)$ 求导可得 $f^\prime(x)=(a\sin x+\frac{1}{3}\sin 3x)^\prime$。
- 由求导的加法法则 $(u + v)^\prime=u^\prime + v^\prime$,则 $f^\prime(x)=(a\sin x)^\prime+(\frac{1}{3}\sin 3x)^\prime$。
- 对于 $(a\sin x)^\prime$,因为 $a$ 为常数,根据常数与函数乘积的求导法则 $(cf(x))^\prime = cf^\prime(x)$,可得 $(a\sin x)^\prime=a(\sin x)^\prime=a\cos x$。
- 对于 $(\frac{1}{3}\sin 3x)^\prime$,令 $u = 3x$,则 $(\frac{1}{3}\sin 3x)^\prime=\frac{1}{3}(\sin u)^\prime\cdot u^\prime=\frac{1}{3}\cos u\cdot3=\cos 3x$。
- 所以 $f^\prime(x)=a\cos x+\cos 3x$。
- 然后根据函数在 $x = \frac{\pi}{3}$ 处取得极值,那么 $f^\prime(\frac{\pi}{3}) = 0$:
- 将 $x=\frac{\pi}{3}$ 代入 $f^\prime(x)$ 中,得到 $f^\prime(\frac{\pi}{3})=a\cos\frac{\pi}{3}+\cos(3\times\frac{\pi}{3})$。
- 根据特殊三角函数值,$\cos\frac{\pi}{3}=\frac{1}{2}$,$\cos\pi=-1$,则 $f^\prime(\frac{\pi}{3})=a\times\frac{1}{2}+(-1)=\frac{a}{2}-1$。
- 令 $\frac{a}{2}-1 = 0$,解方程:
- 方程两边同时加 $1$ 可得 $\frac{a}{2}=1$。
- 方程两边同时乘以 $2$,解得 $a = 2$。
- 最后求二阶导数验证(本题不要求,但可加深理解):
- 对 $f^\prime(x)=a\cos x+\cos 3x$ 求导得二阶导数 $f^{\prime\prime}(x)=(a\cos x+\cos 3x)^\prime$。
- 同样根据求导的加法法则,$f^{\prime\prime}(x)=(a\cos x)^\prime+(\cos 3x)^\prime$。
- 对于 $(a\cos x)^\prime$,$(a\cos x)^\prime=a(\cos x)^\prime=-a\sin x$。
- 对于 $(\cos 3x)^\prime$,令 $u = 3x$,则 $(\cos 3x)^\prime=(\cos u)^\prime\cdot u^\prime=-\sin u\cdot3=-3\sin 3x$。
- 所以 $f^{\prime\prime}(x)=-a\sin x - 3\sin 3x$。
- 将 $a = 2$,$x=\frac{\pi}{3}$ 代入 $f^{\prime\prime}(x)$ 中,$f^{\prime\prime}(\frac{\pi}{3})=-2\sin\frac{\pi}{3}-3\sin(3\times\frac{\pi}{3})$。
- 根据特殊三角函数值,$\sin\frac{\pi}{3}=\frac{\sqrt{3}}{2}$,$\sin\pi = 0$,则 $f^{\prime\prime}(\frac{\pi}{3})=-2\times\frac{\sqrt{3}}{2}-3\times0=-\sqrt{3}<0$,说明函数在 $x = \frac{\pi}{3}$ 处取得极大值。