Question

定義非零向量

OM

=(a，b)的“相伴函數”為f（x）=asinx+bcosx（x∈R），向量

OM

=(a，b)稱為函數f（x）=asinx+bcosx的“相伴向量”（其中O為坐標原點）．記平面內所有向量的“相伴函數”構成的集合為S．
（1）設h（x）=cos（x+

π

6

）-2cos（x+a）（a∈R），求證：h（x）∈S；
（2）求（1）中函數h（x）的“相伴向量”模的取值范圍；
（3）已知點M（a，b）（b≠0）滿足：(a-

3

)2+(b-1)2=1上一點，向量

OM

的“相伴函數”f（x）在x=x₀處取得最大值．當點M運動時，求tan2x₀的取值范圍．

Answer 1

（1）∵h（x）=cos（x+

π

6

）-2cos（x+a）=（2sina-

1

2

）sinx+（

3

2

-2cosa）cosx
∴函數h（x）的相伴向量

OM

=（2sina-

1

2

，

3

2

-2cosa），
∴h（x）∈S…（4分）
（2）∵|

OM

|=

(2sina- 1 2 )2+( 3 2 -2cosa)2

=

5-2sina-2 3 cosa

=

5-4sin(a+ π 3 )

∴|

OM

|_max=

5+4

=3，|

OM

|_min=

5-4

=1
∴|

OM

|的取值范圍為[1，3]…（10分）
（3）

OM

的相伴函數f（x）=asinx+bcosx=

a2+b2

sin（x+φ），
其中cosφ=

a

a2+b2

，sinφ=

b

a2+b2

當x+φ=2kπ+

π

2

，k∈Z即x₀=2kπ+

π

2

-φ，k∈Z時f（x）取得最大值，
∴tanx₀=tan（2kπ+

π

2

-φ）=cotφ=

a

b

，
∴tan2x₀=

2tanx0

1-tan2x0

=

2× a b

1-( a b )2

=

2

b a - a b

．
∵

b

a

為直線OM率，由幾何意義知

b

a

∈（0，

3

]
令m=

b

a

，tan2x₀=

2

m- 1 m

，m∈（0，

3

]
∵m∈（0，

3

]，故

1

m

≥

3

3

，-

1

m

≤-

3

3

，
∴m-

1

m

∈（-∞，

2 3

3

]，
∴tan2x0∈(-∞，0)∪[

3

，+∞)…（18分）