2021 AMC 12A Spring 第 19 题

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19.

方程 sin(π2cosx)=cos(π2sinx) \sin\left(\frac{\pi}{2}\cos x\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}\sin x\right) 在闭区间 [0,π][0, \pi] 中有多少个解?

How many solutions does the equation sin(π2cosx)=cos(π2sinx) \sin\left(\frac{\pi}{2}\cos x\right) = \cos\left(\frac{\pi}{2}\sin x\right) have in the closed interval [0,π]?[0, \pi]?

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答案:C
知识点:三角恒等式三角学
难度评级:2300
小提示:

使用 cosθ=sin ⁣(π2θ)\cos\theta = \sin\!\left(\tfrac{\pi}{2} - \theta\right) 改写右边

Rewrite the right side using cosθ=sin ⁣(π2θ)\cos\theta = \sin\!\left(\tfrac{\pi}{2} - \theta\right)

大提示:

两个正弦相等给出 cosx+sinx=1\cos x + \sin x = 1cosxsinx=1\cos x - \sin x = 1;二者的值域都是 [2,2][-\sqrt2, \sqrt2]

Equal sines give cosx+sinx=1\cos x + \sin x = 1 or cosxsinx=1;\cos x - \sin x = 1; each has range [2,2][-\sqrt2, \sqrt2]

解答:

将右边写为 cos(π2sinx)=sin(π2π2sinx)\cos\left(\tfrac{\pi}{2}\sin x\right) = \sin\left(\tfrac{\pi}{2} - \tfrac{\pi}{2}\sin x\right)。两个正弦相等要求 π2cosx=π2(1sinx)+2πk \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k \end{aligned} π2cosx=ππ2(1sinx)+2πk \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \pi - \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k\text{。} \end{aligned}

第一种化为 cosx+sinx=1+4k\cos x + \sin x = 1 + 4k;因为 cosx+sinx[2,2]\cos x + \sin x \in [-\sqrt2, \sqrt2],只有 k=0k = 0 可行,得到 cosx+sinx=1\cos x + \sin x = 1,在 [0,π][0, \pi] 中的解为 x=0x = 0x=π2x = \tfrac{\pi}{2}。第二种化为 cosxsinx=1\cos x - \sin x = 1,在 [0,π][0, \pi] 中唯一解为 x=0x = 0

不同的解是 x=0x = 0x=π2x = \tfrac{\pi}{2},共 22 个。

因此,正确答案是 C

Write the right side as cos(π2sinx)=sin(π2π2sinx).\cos\left(\tfrac{\pi}{2}\sin x\right) = \sin\left(\tfrac{\pi}{2} - \tfrac{\pi}{2}\sin x\right). Equal sines require either π2cosx=π2(1sinx)+2πk \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k \end{aligned} or π2cosx=ππ2(1sinx)+2πk. \begin{aligned} &\frac{\pi}{2}\cos x \\ &= \pi - \frac{\pi}{2}(1 - \sin x) + 2\pi k. \end{aligned}

The first reduces to cosx+sinx=1+4k;\cos x + \sin x = 1 + 4k; since cosx+sinx[2,2],\cos x + \sin x \in [-\sqrt2, \sqrt2], only k=0k = 0 works, giving cosx+sinx=1,\cos x + \sin x = 1, with solutions x=0x = 0 and x=π2x = \tfrac{\pi}{2} in [0,π].[0, \pi]. The second reduces to cosxsinx=1,\cos x - \sin x = 1, whose only solution in [0,π][0, \pi] is x=0.x = 0.

The distinct solutions are x=0x = 0 and x=π2,x = \tfrac{\pi}{2}, for a total of 2.2.

Thus, the correct answer is C.

第 18 题#18
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