在青岛一模之前,济宁一模已占据山东模考很多流量!因为济宁一模的几道压轴题个个是实打实的漂亮。
第8题为三角函数的零点差问题,这个差很有趣,是本卷的热点之一。
看原题济宁一模T8:若函数f(x)=2sinx+cosx-√3,x∈(0,π)的两个零点分别为x₁和x₂,则cos(x₁-x₂)=( )。A、-2/5,B、-1/5,C、1/5,D、2/5。
1、硬解法:分析,一般情况下,我们需要寻找函数 f(x) =2sin x+cos x-√3在区间(0, π) 内的两个零点x₁和x₂,然后求cos(x₁ - x₂)的值。
为方便求解,函数在结构上最好是单一函数,要么正弦函数,要么余弦函数。
我们知道,任何形式的Asinx+Bcosx都可以表示为Rsin(x+α)或Rcos(x-α)的形式,其中R=√(A²+B²),α是一个适当的相位角,它的大小由tanα=B/A来决定。
对于本题,即有
2sinx+cosx=√5sin(x+α),或
2sinx+cosx=√5cos(x-α),为方便研究,我们取正弦函数,即有
f(x) =√5sin(x+α)-√3,又因为x₁和x₂是f(x)的两个零点,故有
sin(x₁+α)=√3/√5和
sin(x₂+α)=√3/√5。
不妨设 x₁<x₂,易知x+α∈(α,α+π),且tanα=1/2(为什么?)。
∵2sin x+cos x
=√5sin(x+α)
=√5(sinxcosα+cosxsinα)
=√5sinxcosα+√5cosxsinα,
∴2=√5cosα,1=√5sinα,即有
cosα=2/√5,sinα=1/√5,则
tanα=1/2,(对于选填题直接套公式即可)从而
cos(x₁+α)=√(1-sin²(x₁+α))=√10/5,
cos(x₂+α)=-√(1-sin²(x₂+α))=-√10/5,
(注意这个负号的意思!)
所以,cos(x₁-x₂)=cos[(x₁+α)-(x₂+α)]
=cos(x₁+α)cos(x₂+α)+sin(x₁+α)sin(x₂+α)
=√10/5×(-√10/5)+√3/√5×√3/√5
=1/5,故选C。
(烦吗?太烦了?似乎是耐心的较量!)
2、向量法:
(为什么会想到用向量来解呢?因为函数式中出现了cosx和sinx,很容易联想到单位圆上的点坐标,再看到2sinx+cosx这个和的形式,也能与向量点积的坐标定义相呼应!)
利用向量点积的两种计算方法:①几何定义: 点积等于两个向量的模的乘积,再乘以它们之间夹角的余弦。②坐标定义: 对于二维向量,点积等于两个向量对应坐标分量的乘积之和。
分析:设a、b为两个非零向量,
a=(cosx,sinx),b=(1,2)。
因f(x)=0,即2sinx+cosx=√3,故有a·b=√3(向量点积的坐标定义)。从而
cosθ=(a·b)/(|a|×|b|)
=√3/(1×√5)=√3/√5(向量点积的几何定义)
不妨设x₁>x₂,x₁-x₂=2θ。(为什么?)
故cos( x₁-x₂)=cos2θ=2cos²θ-1=1/5。
3、间隔法
已知2sinx+cosx=√3,两根记为x₁、x₂,目标cos(x₁-x₂)?关键不在于求x₁、x₂各自是多少,而是看间隔,即(x₁-x₂),间隔是不受平移影响的!
从哪看间隔?
看图像本质(抛过辅助角θ,直接看本质函数):y=√5sinx=√3,即sinx=√3/√5。
只看第一周期即可,x₁、x₂有两种情况:

x₂=π-x₁
第一种情况:x₂=π-x₁;

x₂=3π-x₁
第二种情况:x₂=3π-x₁。
从而,
cos(x₁-x₂)=cos(2x₁-π)
=cos(2x₁-3π)=-cos2x₁
=2sin²x₁-1
=6/5-1=1/5。
可以看到,只要能理解图像本质,确定计算量也仅需口算而已!
关于间隔法,早在上海卷中出现过,即上海2013年的文理科高考题第21题:


上海卷
接下来不用大题的求解步骤,仅当作填空题处理第二问。
函数本质图像f(x)=2sin(2x),左右平移不改变零点间隔,只看上下,问题等价于研究:sin(2x)=-1/2。
如图:

零点间隔m=π/3,n=2π/3。
若含有30个零点的最小区间,应该是29个间隔,由14n+15m=43π/3可得最小值。
济宁一模数学试题(20250304)












