每日一题[631]函数最值

设函数$f(x)=\dfrac{a^2+a\sin x+2}{a^2+a\cos x+2}$($x\in \mathcal R$)的最大值为$M(a)$,最小值为$m(a)$,则(  )

A.$\forall a\in\mathcal R,M(a)\cdot m(a)=1$
B.$\forall a\in\mathcal R,M(a)+m(a)=2$
C.$\exists a\in \mathcal R,M(a)+m(a)=1$
D.$\exists a\in\mathcal R,M(a)\cdot m(a)=2$


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分析与解 法一 注意到$f(x)$的分子与分母均恒正,因此$M(a)\geqslant m(a)>0$,又$$f\left(\dfrac{\pi}2-x\right)=\dfrac{a^2+a\cos x+2}{a^2+a\sin x+2}=\dfrac{1}{f(x)},$$而函数$f\left(\dfrac{\pi}2-x\right)$与函数$f(x)$的最大值与最小值相同,因此必然有$M(a)\cdot m(a)=1$.

法二 当$a=0$时,$M(a)=m(a)=1$;

当$a\ne 0$时,有$$f(x)=\dfrac{\sin x-\left[-\left(a+\dfrac 2a\right)\right]}{\cos x -\left[-\left(a+\dfrac 2a\right)\right]},$$设点$A\left(\cos x,\sin x\right)$,$B\left(-\left(a+\dfrac 2a\right),-\left(a+\dfrac 2a\right)\right)$,则$f(x)$的几何意义即直线$AB$的斜率.点$A$为单位圆上的动点,点$B$为两条射线上的定点,根据图形的对称性可得$M(a)\cdot m(a)=1$. 屏幕快照 2016-08-19 下午3.05.48


最后给出一道练习:

已知$f(x)=x+\dfrac 1x$在$x\in (0,+\infty)$上存在最小值$m$,求$m$的值.

答案 $2$

提示 考虑函数$f^2(x)=f(x^2)+2$,因此有$m^2=m+2$,解得$m=2$.

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