∫π每天一道数学题
  1. 已知三角函数 f(t)=Asin⁡(ωt+φ)+Bf(t)=A\sin(\omega t+\varphi)+B(A>0A>0,B∈RB\in\mathbf{R},ω>0\omega>0,0≤φ<2π0\leq\varphi<2\pi),若 v=f(t)v=f(t),当 v=0v=0 或 v=4v=4 时其导数为 00,初始速度为 00,且速度第一次达到 44 时用时为 0.10.1 秒,则 f(t)=f(t)= ‾\underline{\qquad}。

参考解析

由题意,函数 f(t)=Asin⁡(ωt+φ)+Bf(t)=A\sin(\omega t+\varphi)+B 的值域为 [0,4][0,4],因此 A=2A=2,B=2B=2,即 f(t)=2sin⁡(ωt+φ)+2f(t)=2\sin(\omega t+\varphi)+2。

由初始速度为 00,即 f(0)=0f(0)=0,所以 2sin⁡φ+2=02\sin\varphi+2=0,sin⁡φ=−1\sin\varphi=-1,又 0≤φ<2π0\leq\varphi<2\pi,故 φ=3π2\varphi=\frac{3\pi}{2}。

速度第一次达到 44 时用时为 0.10.1 秒,即 f(0.1)=4f(0.1)=4,2sin⁡(ω⋅0.1+3π2)+2=42\sin\left(\omega\cdot 0.1+\frac{3\pi}{2}\right)+2=4,sin⁡(0.1ω+3π2)=1\sin\left(0.1\omega+\frac{3\pi}{2}\right)=1。

由 sin⁡(0.1ω+3π2)=1\sin\left(0.1\omega+\frac{3\pi}{2}\right)=1,得 0.1ω+3π2=π2+2π0.1\omega+\frac{3\pi}{2}=\frac{\pi}{2}+2\pi,即 0.1ω=π0.1\omega=\pi,ω=10π\omega=10\pi。

故 f(t)=2sin⁡(10πt+3π2)+2f(t)=2\sin\left(10\pi t+\frac{3\pi}{2}\right)+2。

化简得 f(t)=−2cos⁡(10πt)+2f(t)=-2\cos(10\pi t)+2,即 f(t)=2−2cos⁡(10πt)f(t)=2-2\cos(10\pi t)。

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