设函数f(x)=ax+cosx,x∈[0,π]. (Ⅰ)讨论f(x)的单调性; (Ⅱ)设f(x)≤1+sinx,求a的取值范围.

问题描述:

设函数f(x)=ax+cosx,x∈[0,π].
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)设f(x)≤1+sinx,求a的取值范围.

(Ⅰ)求导函数,可得f'(x)=a-sinx,x∈[0,π],sinx∈[0,1];
当a≤0时,f'(x)≤0恒成立,f(x)单调递减;当a≥1 时,f'(x)≥0恒成立,f(x)单调递增;
当0<a<1时,由f'(x)=0得x1=arcsina,x2=π-arcsina
当x∈[0,x1]时,sinx<a,f'(x)>0,f(x)单调递增
当x∈[x1,x2]时,sinx>a,f'(x)<0,f(x)单调递减
当x∈[x2,π]时,sinx<a,f'(x)>0,f(x)单调递增
当x∈[0,arcsina]时,单调递增,当x∈[arcsina,π]时,单调递减;
(Ⅱ)由f(x)≤1+sinx得f(π)≤1,aπ-1≤1,∴a≤

2
π

令g(x)=sinx-
2
π
x
(0≤x
π
2
),则g′(x)=cosx-
2
π

当x∈(0,arccos
2
π
)
时,g′(x)>0,当x∈(arccos
2
π
π
2
)
时,g′(x)<0
g(0)=g(
π
2
)=0
,∴g(x)≥0,即
2
π
x≤sinx
(0≤x
π
2
),
当a≤
2
π
时,有f(x)≤
2
π
x+cosx

①当0≤x
π
2
时,
2
π
x≤sinx
,cosx≤1,所以f(x)≤1+sinx;
②当
π
2
≤x≤π
时,f(x)≤
2
π
x+cosx
=1+
2
π
(x−
π
2
)−sin(x−
π
2
)
≤1+sinx
综上,a≤
2
π