式を変形してから合成する最大・最小(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 式を変形してから合成する最大・最小(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$0\leqq\theta\leqq\dfrac{\pi}{2}$ のとき,関数 $y=\sin^2\theta+2\sin\theta\cos\theta+3\cos^2\theta$ の最大値と最小値,およびそのときの $\theta$ の値を求めよ.
半角・2 倍角の公式 $\sin^2\theta=\dfrac{1-\cos 2\theta}{2}$,$\cos^2\theta=\dfrac{1+\cos 2\theta}{2}$,$2\sin\theta\cos\theta=\sin 2\theta$ を用いて
\[ y=\frac{1-\cos 2\theta}{2}+\sin 2\theta+\frac{3(1+\cos 2\theta)}{2}=\sin 2\theta+\cos 2\theta+2=\sqrt{2}\sin\left(2\theta+\frac{\pi}{4}\right)+2 \]
$0\leqq\theta\leqq\dfrac{\pi}{2}$ より $\dfrac{\pi}{4}\leqq 2\theta+\dfrac{\pi}{4}\leqq\dfrac{5}{4}\pi$ で,$-\dfrac{1}{\sqrt{2}}\leqq\sin\left(2\theta+\dfrac{\pi}{4}\right)\leqq 1$.
最大値は $2\theta+\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{\pi}{2}$ すなわち $\theta=\dfrac{\pi}{8}$ のとき $2+\sqrt{2}$
最小値は $2\theta+\dfrac{\pi}{4}=\dfrac{5}{4}\pi$ すなわち $\theta=\dfrac{\pi}{2}$ のとき $2-1=1$
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