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在凸四边形 ABCD 中,分别用 A,B,C,D 表示四个内角,如果有 sinA=cosB,求 S=3sinA+4sinB+52sinC+52sinD 的取值范围.

解 钱莘芪

sinA=cosB=sin(π2B),得 A=π2BA=B+π2.

  • A=π2B 的情形,有 C+D=3π2.则S=3cosB+4sinB+52(sinCcosC)=5sin(B+φ)+10sin(Cπ4),φ=arctan34.
    由于0<B<π2<C<3π2,故5sin(B+φ)(3,5],10sin(Cπ4)(52,10],故S(3+52,15].
  • A=B+π2 的情形,有 C+D=3π22B. A<πB<π2.一方面,S=3cosB+4sinB+52(1+sin2B)sinC52cos2BcosC3cosB+4sinB+522+2sin2B=22[7cos(Bπ4)+20|cos(Bπ4)|+sin(Bπ4)]22272+1=365,
    另一方面sinC+sinD=2sinC+D2cosCD2=2sin(3π4B)cosCD2.不妨设CD,则CD2[0,3π4B)[0,π].而cosx[0,π]上单减,且sin(3π4B)>0,故sinC+sinD>2sin(3π4B)cos(3π4B)=cos2B.
    S>3cosB+4sinB52cos2B=g(B),
    g(B)=102sin2B+3(cosBsinB)+cosB>0,故g(B)>g(π4)=722.
    再由值域的连续性得 S(722,365].

将两个范围取并集,得 S(722,365].