Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2020
i

Дана функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­си­нус ax минус ко­си­нус 2ax.

а)  Пусть a  =  1. Ре­ши­те урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =f левая круг­лая скоб­ка 3x пра­вая круг­лая скоб­ка .

б)  Най­ди­те все такие a, при ко­то­рых f левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0.

в)  Най­ди­те все такие a, для ко­то­рых f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0 при всех x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; Пи пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

г)  Най­ди­те все такие a, при ко­то­рых гра­фик функ­ции f имеет центр сим­мет­рии.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  За­пи­шем урав­не­ние в виде  ко­си­нус x минус ко­си­нус 2x= ко­си­нус 3x минус ко­си­нус 6x и пре­об­ра­зу­ем его:

 ко­си­нус x плюс ко­си­нус 6x= ко­си­нус 2x плюс ко­си­нус 3x рав­но­силь­но 2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 6x плюс x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 6x минус x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =2 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 2x плюс 3x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 3x минус 2x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 7x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 7x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 7x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 2 синус дробь: чис­ли­тель: \tfrac7x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс \tfracx22 синус дробь: чис­ли­тель: \tfracx, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус \tfrac7x22 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но минус ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби синус 2x синус дробь: чис­ли­тель: 3x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =0 рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний синус 2x=0, синус дробь: чис­ли­тель: 3x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =0, ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =0 конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний 2x= Пи k, дробь: чис­ли­тель: 3x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = Пи k, дробь: чис­ли­тель: 5x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс Пи k конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний x= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби Пи k, x= дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи k, x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби Пи k, конец со­во­куп­но­сти . k при­над­ле­жит Z .

Можно вы­пи­сать все корни на ин­тер­ва­ле  левая квад­рат­ная скоб­ка 0; 2 Пи пра­вая круг­лая скоб­ка (по­сколь­ку с пе­ри­о­дич­но­стью 2 Пи по­вто­ря­ют­ся корни всех трех урав­не­ний), чтобы потом не вы­пи­сать один и тот же ко­рень два­жды. По­лу­чим 0;  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ;  Пи ;  дробь: чис­ли­тель: 3 Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0;  дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 4 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 3 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ;  Пи ;  дробь: чис­ли­тель: 7 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 9 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби . После уда­ле­ния по­вто­ров по­лу­чим  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 3 Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0;  дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 4 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 3 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ;  Пи ;  дробь: чис­ли­тель: 7 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ;  дробь: чис­ли­тель: 9 Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби . Окон­ча­тель­но, x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби Пи k, x= дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи k и x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс Пи k, где k при­над­ле­жит Z .

б)  После под­ста­нов­ки по­лу­чим

 ко­си­нус a Пи минус ко­си­нус 2a Пи боль­ше 0 рав­но­силь­но ко­си­нус a Пи минус левая круг­лая скоб­ка 2 ко­си­нус в квад­ра­те a Пи минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0.

Обо­зна­чим  ко­си­нус a Пи =t, тогда

t минус 2t в квад­ра­те плюс 1 боль­ше 0 рав­но­силь­но 2t в квад­ра­те минус t минус 1 мень­ше 0 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2t плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0,

где t при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка . Тогда

 ко­си­нус a Пи при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но a Пи при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2 Пи k; 2 Пи k пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 2 Пи k; дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2 Пи k пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2k; 2k пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 2k; дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2k пра­вая круг­лая скоб­ка ,

где k при­над­ле­жит Z .

в)  Будем дей­ство­вать ана­ло­гич­но. Решим не­ра­вен­ство  ко­си­нус a x минус ко­си­нус 2ax боль­ше 0, т. е.  ко­си­нус a x минус левая круг­лая скоб­ка 2 ко­си­нус в квад­ра­те ax минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0. Обо­зна­чим  ко­си­нус ax=t, тогда

t минус 2t в квад­ра­те плюс 1 боль­ше 0 рав­но­силь­но 2t в квад­ра­те минус t минус 1 мень­ше 0 рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка t минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2t плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0 рав­но­силь­но t при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

От­сю­да  ко­си­нус ax при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка . По­сколь­ку  ко­си­нус ax= ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка минус a пра­вая круг­лая скоб­ка x, то вме­сте с каж­дым под­хо­дя­щим a под­хо­дит и  минус a, по­это­му можно ис­сле­до­вать толь­ко a боль­ше или равно 0. Кроме того, при a=0 по­лу­чим  ко­си­нус ax= ко­си­нус 0=1, по­это­му a=0 не под­хо­дит.

При a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка по­лу­чим ax боль­ше 0 и ax мень­ше дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби при всех x при­над­ле­жит \left левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; Пи пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . По­это­му не­ра­вен­ство вы­пол­не­но.

При a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка по­лу­чим a дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби мень­ше или равно a Пи , по­это­му точка  дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , в ко­то­рой на­ру­ша­ет­ся не­ра­вен­ство, тоже по­па­дет среди чисел вида ax при x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; Пи пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . Такие a не под­хо­дят.

При a боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби длина про­ме­жут­ка  левая квад­рат­ная скоб­ка a дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; a Пи пра­вая квад­рат­ная скоб­ка со­ста­вит

a Пи минус a дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =a дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .

Но как сле­ду­ет из про­ме­жу­точ­ных ре­зуль­та­тов преды­ду­ще­го пунк­та, это не­ра­вен­ство верно на про­ме­жут­ках дли­ной  дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , а имен­но про­ме­жут­ках вида  левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2 Пи k; 2 Пи k пра­вая круг­лая скоб­ка или  левая круг­лая скоб­ка 2 Пи k; дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2 Пи k пра­вая круг­лая скоб­ка . По­это­му все точки боль­ше­го по длине про­ме­жут­ка не могут под­хо­дить в не­ра­вен­ство.

г)  Сразу от­ме­тим, что при a=0 f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­си­нус 0 минус ко­си­нус 0=1, гра­фик  — го­ри­зон­таль­ная пря­мая. Она имеет центр сим­мет­рии. В осталь­ных слу­ча­ях снова сде­ла­ем за­ме­ну

f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­си­нус a x минус ко­си­нус 2ax= ко­си­нус a x минус левая круг­лая скоб­ка 2 ко­си­нус в квад­ра­те ax минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Обо­зна­чим  ко­си­нус ax=t, тогда по­лу­чим вы­ра­же­ние  минус 2t в квад­ра­те плюс t плюс 1, пред­став­ля­ю­щее собой квад­рат­ный трех­член. По­это­му мно­же­ство его зна­че­ний при t при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус 1; 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка устро­е­но так  — наи­боль­шее зна­че­ние он имеет при  дробь: чис­ли­тель: минус 1, зна­ме­на­тель: 2 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка минус 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби и оно равно

 минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 16 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс 1= целая часть: 1, дроб­ная часть: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 8 ,

а наи­мень­шее  — на одном из кон­цов от­рез­ка и оно равно  минус 2\pm 1 плюс 1, по­это­му наи­мень­шее зна­че­ние это −2.

При цен­траль­ной сим­мет­рии от­но­си­тель­но какой-либо точки ко­ор­ди­на­та по оси y тем мень­ше, чем боль­ше она была рань­ше. По­это­му точки с ми­ни­маль­ной ко­ор­ди­на­той по y долж­ны пе­ре­хо­дить в точки с мак­си­маль­ной и на­о­бо­рот, а y  — ко­ор­ди­на­та цен­тра сим­мет­рии долж­на быть равна

 дробь: чис­ли­тель: 1\tfrac18 минус 2, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = минус дробь: чис­ли­тель: 7, зна­ме­на­тель: 16 конец дроби .

Далее, гра­фик по­лу­ча­ет­ся из гра­фи­ка y= ко­си­нус x минус ко­си­нус 2x сжа­ти­ем вдоль оси абс­цисс в a раз. Это сжа­тие не вли­я­ет на на­ли­чие или от­сут­ствие цен­тра сим­мет­рии. По­это­му либо при всех a не равно 0 есть центр сим­мет­рии, либо его нет. Будем те­перь счи­тать, что a=1.

Рас­смот­рим те­перь точки x=\pm арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби . В них обеих функ­ция при­ни­ма­ет наи­боль­шее зна­че­ние, а рас­сто­я­ние между ними со­став­ля­ет 2 арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби мень­ше 2 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = Пи . После цен­траль­ной сим­мет­рии они долж­ны пре­вра­тить­ся в две точки, где функ­ция при­ни­ма­ет наи­мень­шее зна­че­ние, от­сто­я­щие друг от друга на такое же рас­сто­я­ние. Но точки, где  ко­си­нус x= минус 1, от­сто­ят друг от друга не мень­ше, чем на 2 Пи . Про­ти­во­ре­чие.

 

Ответ: а)  левая фи­гур­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи k, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 2 Пи k, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 2 Пи k, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби : k при­над­ле­жит Z пра­вая фи­гур­ная скоб­ка ; б)  левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс 2k; 2k пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 2k; 2k плюс дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , где k при­над­ле­жит \Bbb Z; в) a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка \cup левая круг­лая скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка ; г) 0.


Задание парного варианта: 2015

? Источник: Про­филь­но-эли­тар­ный вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Санкт-Пе­тер­бург, 1994 год, ва­ри­ант 2
? Классификатор: Урав­не­ния с па­ра­мет­ром
?
Сложность: 11 из 10