每日一题[4021]函数最值与消元

已知 $g(x)=2+m\cos x+n\sin x+M\cos 2 x+N\sin 2 x$,其中 $m,n,M,N$ 为常数, 且 $g(x)\geqslant 0$ 对任意 $x\in\mathbb R$ 恒成立,则(       )

A.$m^2+n^2\leqslant 8$

B.$M^2+N^2>4$

C.$|m|+|n|+|M|+|N|\leqslant 2\sqrt 2+4$

D.$g(x)\leqslant 6$

答案    ACD.

解析    根据题意,有\[g(x)=2+A\sin(x+\alpha)+B\sin(2x+\beta),\]其中 $A=\sqrt{m^2+n^2}$,$B=\sqrt{M^2+N^2}$,于是\[g(x)+g(x+\pi)=4+2B\sin(2x+\beta)\implies 4+2B\sin(2x+\beta)\geqslant 0\implies B\leqslant 2,\]而\[g(x)+g\left(x+\dfrac{\pi}2\right)=4+A\sin(x+\alpha)+A\cos(x+\alpha)\implies 4+\sqrt 2A\sin\left(x+\alpha+\dfrac{\pi}4\right)\geqslant 0\implies A\leqslant 2\sqrt 2,\]以及\[g(x)+g\left(x+\dfrac{2\pi}3\right)+g\left(x+\dfrac{4\pi}3\right)=6,\]于是选项 $\boxed{A}$ $\boxed{D}$ 正确,选项 $\boxed{B}$ 错误.

对于选项 $\boxed{C}$,有\[|m|+|n|+|M|+|N|\leqslant \sqrt 2 A+\sqrt 2B\leqslant 2\sqrt 2+4,\]选项正确.

综上所述,正确的选项为 $\boxed{A}$ $\boxed{C}$ $\boxed{D}$.

备注    事实上,

取 $g(x)=2+2\sin2x$,就得到了 $B=2$ 的例子;

取 $g(x)=2+2\sqrt 2\cos x+\cos2x$,就得到了 $A=2\sqrt 2$ 的例子; 取 $g(x)=2+\dfrac 83\cos x+\dfrac 43\cos 2x$,就得到了 $g(x)$ 的最大值为 $6$ 的例子;

而对于选项 $\boxed{C}$,取等条件下有\[g(x)=2+2\sqrt 2\sin (x+\varphi)+2\cos 2x=4\cos^2x+2\sqrt 2\sin(x+\varphi),\]于是 $g\left(\dfrac{\pi}2\right)+g\left(-\dfrac{\pi}2\right)=0$,此时 $g(x)=4\cos^2x\pm 2\sqrt 2\cos x$ 最小值为 $-\dfrac 18$,不符合题意,因此选项 $\boxed{C}$ 无法取等.

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