每日一题[3187]三角换元

已知实数 $x,y$ 满足 $x|x|+\dfrac{y|y|}{3}=1$,则 $|\sqrt{3} x+y-4|$ 的取值范围是_______.

答案    $\left[4-\sqrt 6,4\right)$.

解析    题意即已知 $x,y$ 满足 $x|x|+y|y|=1$,求 $\left|\sqrt 3 x+\sqrt 3y-4\right|$ 的取值范围,先求 $z=x+y$ 的取值范围. 不妨设 $x\geqslant y$.

当 $x\geqslant y\geqslant 0$ 时,有 $x^2+y^2=1$,设 $x=\cos\theta$,$y=\sin\theta$,$\theta\in\left[0,\dfrac{\pi}2\right]$,则\[z=\cos\theta+\sin\theta=\sqrt 2\sin\left(\theta+\dfrac{\pi}4\right),\]其取值范围是 $\left[1,\sqrt 2\right]$.

当 $x\geqslant 0> y$ 时,有 $x^2-y^2=1$,设 $x=\dfrac{1}{\cos\theta}$,$y=-\tan\theta$,$\theta\in\left(0,\dfrac{\pi}2\right)$,则\[z=\dfrac1{\cos\theta}0-\tan\theta=\dfrac{1-\sin\theta}{\cos\theta}=\tan\left(\dfrac{\pi}4-\dfrac {\theta}2\right),\]其取值范围是 $(0,1)$.

综上所述,$z=x+y$ 的取值范围是 $\left(0,\sqrt 2\right]$,因此 $\left|\sqrt 3 x+\sqrt 3y-4\right|=\left|\sqrt 3z-4\right|$ $ 的取值范围是$ \left[4-\sqrt 6,4\right)$.

备注    也可以利用规划处理,画出 $x|x|+y|y|=1$ 的曲线(由两段双曲线与一段椭圆组成)..

 

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