三角関数の最大値・最小値に関する問題

三角関数の最大値・最小値に関する問題

■問題

次の関数の最大値と最小値を求めよ.ただし, 0 θ 1 4 π とする.

y = 3 cos ( 2 θ + 1 3 π )

■解説動画

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■答

θ = 1 4 π のとき,最小値  3 3 2

θ = 0 のとき,最大値  3 2

■ヒント

2 θ + 1 3 π t と置き換えて計算を行う.

■解説

2 θ + 1 3 π = t ・・・・・・(1)

とおくと,与式は

y = 3 cos t ・・・・・・(2)

となる.

(1)の関係と θ の範囲から, t の範囲を求める.

0 θ 1 4 π

0 2 θ 1 2 π

1 3 π 2 θ + 1 3 π 1 2 π + 1 3 π

1 3 π t 5 6 π ・・・・・・(3)

cos t 単位円上の点の X 成分に相当するので,図より cos t は(3)の範囲において

t = 5 6 π  のとき最小

t = 1 3 π   のとき最大

となる.(1)の関係と t の値から対応する θ の値を求めて上記を書き換えると

cos 2 θ + + 1 3 π 0 θ 1 4 π において

2 θ + 1 3 π = 5 6 π    θ = 1 4 π のとき最小

2 θ + 1 3 π = 1 3 π    θ = 0 のとき最大

となる.

以上より, y = 3 cos ( 2 θ + 1 3 π )

最小値は, θ = 1 4 π のとき

y = 3 cos ( 2 × 1 4 π + 1 3 π ) = 3 cos 5 6 π = 3 × ( 3 2 ) = 3 3 2

最大値は, θ = 0 のとき

y = 3 cos ( 2 × 0 + 1 3 π ) = 3 cos 1 3 π = 3 × 1 2 = 3 2

●グラフを用いた解法

y = 3 cos ( 2 θ + 1 3 π ) のグラフを以下に示す.

◇グラフの描き方は,このページを参考にする

グラフより, y = 3 cos ( 2 θ + 1 3 π )

最小値は, θ = 1 4 π のとき

3cos 2 1 4 π+ 1 3 π =3cos 5 6 π =3 3 2 = 3 3 2

最大値は, θ = 0 のとき

3cos 0+ 1 3 π =3cos 1 3 π =3 1 2 = 3 2

となる.

 

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最終更新日: 2025年4月18日