Question

如圖，已知單位圓上兩點(diǎn)P，Q關(guān)于直線y=x對(duì)稱，且以射線OP為終邊的角的大小為x．
（1）求點(diǎn)P，Q的坐標(biāo)；
（2）若另有兩點(diǎn)M（a，-a）、N（-a，a），記f(x)=

MP

•

NQ

．當(dāng)點(diǎn)P在上半圓上運(yùn)動(dòng)時(shí)（含圓與x軸的交點(diǎn)），求函數(shù)f（x）的表達(dá)式．
（3）在（2）的條件下，若函數(shù)f（x）最大值為-1，求實(shí)數(shù)a的值．

Answer 1

分析：（Ⅰ）由題意可得：P（cosx，sinx），點(diǎn)關(guān)于直線的對(duì)稱點(diǎn)的知識(shí)可得Q（sinx，cosx）．
（Ⅱ）根據(jù)題意結(jié)合向量的數(shù)量積的運(yùn)算可得f（x）=2sinxcosx-2a（sinx-cosx）-2a²，又點(diǎn)P在上半圓上運(yùn)動(dòng)（含圓與x軸的交點(diǎn)），所以x∈[0，π]，進(jìn)而得到函數(shù)的解析式．
所以函數(shù)的表達(dá)式為：f（x）=2sinxcosx-2a（sinx-cosx）-2a²，x∈[0，π]．
（Ⅲ）根據(jù)題意利用換元法得到：f（x）=-t²-2at-2a²+1，t∈[-1，

2

]，再根據(jù)二次函數(shù)的有關(guān)性質(zhì)求出函數(shù)的最大值，然后結(jié)合題意求出答案．

解答：解：（Ⅰ）由題意可得：點(diǎn)P為單位圓上點(diǎn)，并且以射線OP為終邊的角的大小為x，
所以P（cosx，sinx），
又因?yàn)镻，Q兩點(diǎn)關(guān)于直線y=x對(duì)稱，
所以Q（sinx，cosx）．…2
（Ⅱ）因?yàn)镻（cosx，sinx），Q（sinx，cosx），M（a，-a）、N（-a，a），
所以f(x)=

MP

•

NQ

=2（cosx-a）（sinx+a）
=2sinxcosx-2a（sinx-cosx）-2a²，
又因?yàn)辄c(diǎn)P在上半圓上運(yùn)動(dòng)（含圓與x軸的交點(diǎn)），
所以x∈[0，π]…（6分）
所以函數(shù)的表達(dá)式為：f（x）=2sinxcosx-2a（sinx-cosx）-2a²，x∈[0，π]．
（Ⅲ）設(shè)t=sinx-cosx=

2

sin(x-

π

4

)，
因?yàn)閤∈[0，π]，所以t∈[-1，

2

]．
所以f（x）=-t²-2at-2a²+1，t∈[-1，

2

]，
設(shè)最大值為g（a）
①當(dāng)-

2

≤a≤1，g（a）=1-a²
②當(dāng)a＞1，g（a）=2a-a²
③當(dāng)a＜-

2

，g（a）=-1-2

2

a-2a²
綜上：g(a)=

1-a2  (- 2 ≤a≤1) 2a-a2 ，   (a＞1) -1-2 2 a-2a2  (a＜- 2 )

，
又因?yàn)間（a）=-1，
所以a=-

2

或

2

+1．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查二次函數(shù)函數(shù)定區(qū)間上求最值問題，以點(diǎn)關(guān)于直線的對(duì)稱點(diǎn)與向量的數(shù)量積等問題，此題是一道綜合性較強(qiáng)的題型，屬于難題．