2022 AMC 12A 第 17 题

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17.

设 aa 为实数,使得方程

a⋅(sin⁡x+sin⁡(2x))=sin⁡(3x)a\cdot(\sin x+\sin(2x))=\sin(3x)

在区间 (0,π)(0,\pi) 中有多于一个解。所有这样的 aa 组成的集合可写为 (p,q)∪(q,r)(p,q)\cup(q,r),其中 pp、qq 和 rr 是满足 p<q<rp\lt q\lt r 的实数。求 p+q+rp+q+r?

Suppose aa is a real number such that the equation

a⋅(sin⁡x+sin⁡(2x))=sin⁡(3x)a\cdot(\sin x+\sin(2x))=\sin(3x)

has more than one solution in the interval (0,π).(0,\pi). The set of all such aa can be written in the form (p,q)∪(q,r),(p,q)\cup(q,r), where p,p, q,q, and rr are real numbers with p<q<r.p\lt q\lt r. What is p+q+r?p+q+r?

−4-4

−1-1

00

11

44

答案:A
知识点:三角恒等式分类讨论
难度评级:1990
小提示:

使用 sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x\sin 2x=2\sin x\cos x 和 sin⁡3x=sin⁡x(4cos⁡2x−1)\sin 3x=\sin x(4\cos^2 x-1)

Use sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x\sin 2x=2\sin x\cos x and sin⁡3x=sin⁡x(4cos⁡2x−1)\sin 3x=\sin x(4\cos^2 x-1)

大提示:

除以 sin⁡x\sin x 后,注意 x=2π3x=\dfrac{2\pi}{3}(此时 cos⁡x=−12\cos x=-\tfrac12)总是一个解

After dividing by sin⁡x,\sin x, note x=2π3x=\dfrac{2\pi}{3} (where cos⁡x=−12\cos x=-\tfrac12) is always a solution

解答:

在 (0,π)(0,\pi) 上,sin⁡x≠0\sin x\ne0,所以两边除以 sin⁡x\sin x:a(1+2cos⁡x)=4cos⁡2x−1=(2cos⁡x−1)(2cos⁡x+1)。 \begin{gathered} a(1+2\cos x)=4\cos^2 x-1 \\ =(2\cos x-1)(2\cos x+1) \end{gathered}\text{。}

当 cos⁡x=−12\cos x=-\tfrac12(即 x=2π3x=\tfrac{2\pi}{3})时,两边都为零,因此这对每个 aa 都是一个解。否则可以约去 1+2cos⁡x1+2\cos x 得 a=2cos⁡x−1a=2\cos x-1,即 cos⁡x=a+12\cos x=\dfrac{a+1}{2}。

它给出 (0,π)(0,\pi) 中第二个解的条件正是 −1<a+12<1-1\lt\dfrac{a+1}{2}\lt1,即 a∈(−3,1)a\in(-3,1),且当 a=−2a=-2 时这个解与 x=2π3x=\tfrac{2\pi}{3} 相同,不是不同的解。

因此有多于一个解时,a∈(−3,−2)∪(−2,1)a\in(-3,-2)\cup(-2,1),所以 p+q+r=−3−2+1=−4p+q+r=-3-2+1=-4。

因此,正确答案是 A。

Since sin⁡x≠0\sin x\ne0 on (0,π),(0,\pi), divide by sin⁡x:\sin x: a(1+2cos⁡x)=4cos⁡2x−1=(2cos⁡x−1)(2cos⁡x+1). \begin{gathered} a(1+2\cos x)=4\cos^2 x-1 \\ =(2\cos x-1)(2\cos x+1). \end{gathered}

When cos⁡x=−12\cos x=-\tfrac12 (that is, x=2π3x=\tfrac{2\pi}{3}) both sides vanish, so this is a solution for every a.a. Otherwise we may cancel 1+2cos⁡x1+2\cos x to get a=2cos⁡x−1,a=2\cos x-1, i.e. cos⁡x=a+12.\cos x=\dfrac{a+1}{2}.

This yields a second solution in (0,π)(0,\pi) exactly when −1<a+12<1,-1\lt\dfrac{a+1}{2}\lt1, that is a∈(−3,1),a\in(-3,1), and it is distinct from x=2π3x=\tfrac{2\pi}{3} unless a=−2.a=-2.

So more than one solution occurs for a∈(−3,−2)∪(−2,1),a\in(-3,-2)\cup(-2,1), giving p+q+r=−3−2+1=−4.p+q+r=-3-2+1=-4.

Thus, the correct answer is A.

第 16 题#16
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