每日一题[614]数形结合

已知函数 $f\left(x\right)=\dfrac{-2^{x}+\sin\theta}{2^{-x}+\cos\theta}\left(0\leqslant x\leqslant 1\right)$ 的最小值为 $g\left(\theta\right)$,则对一切 $\theta\in\left[0,\dfrac{\mathrm \pi} {2}\right]$,$g\left(\theta\right)$ 的最大值为______.


cover分析与解 根据题意,设$t=-2^{-x}$,则$t\in \left[-1,-\dfrac 12\right]$,于是$$y=\dfrac{\sin \theta-\left(-\dfrac 1t\right)}{\cos\theta-t},$$其几何意义是圆弧$x^2+y^2=1$($x,y\geqslant 0$)上的点$A(\cos\theta,\sin\theta)$与双曲线的一部分即$y=-\dfrac 1x$,其中$x\in\left[-1,-\dfrac12\right]$上的点$B\left(t,-\dfrac 1t\right )$的连线的斜率,如图.
屏幕快照 2016-08-11 下午2.02.46对于任意取定的$\theta\in\left[0,\dfrac {\pi}{2}\right ]$,$t$变化时,对应点$B$在如图的$B_1(-1,1)$与$B_2\left(-\dfrac 12,2\right )$间的曲线上运动,结合图象知,无论$A$在何处($\theta$取何值),最小值$g(\theta)$总在$B_2$点处取到.

下面再看$g(\theta)$的最大值:
即当点$A$在圆弧上运动时,$B_2A$的斜率何时取最大值.结合图象知当$AB_2$与圆弧相切时,$g(\theta)$有最大值.
设直线$AB_2$的方程可以写为$y=k\left(x+\dfrac 12\right )+2$,即$$2kx-2y+(k+4)=0,$$则由圆心到直线的距离等于半径得$$d=\dfrac{|k+4|}{\sqrt{4k^2+4}}=1\Rightarrow k=\dfrac {4\pm 2\sqrt{13}}{3}.$$结合图象知,正值舍去,所以$g(\theta)$的最大值为$\dfrac{4-2\sqrt{13}}{3}$.

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