Question Number 153736 by ZiYangLee last updated on 09/Sep/21
$$\mathrm{Given}\:\mathrm{that}\:\mathrm{7}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{24}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \theta={R}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2}\theta−\alpha\right), \\ $$$$\mathrm{where}\:{R}>\mathrm{0}\:\mathrm{and}\:\mathrm{0}<\alpha<\frac{\pi}{\mathrm{2}},\:\mathrm{find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{maximum} \\ $$$$\mathrm{value}\:\mathrm{of}\:\mathrm{14}\:\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \theta+\mathrm{48}\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta. \\ $$
Answered by mr W last updated on 09/Sep/21
$$\mathrm{7}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{24}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \theta={R}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2}\theta−\alpha\right) \\ $$$$\mathrm{7}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta−\mathrm{12cos}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{12}={R}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2}\theta−\alpha\right) \\ $$$$−\mathrm{5cos}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{12}={R}\:\mathrm{cos2}\theta\:\mathrm{cos}\:\alpha−{R}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta\:\mathrm{sin}\:\alpha \\ $$$$\mathrm{12}=\left({R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{5}\right)\:\mathrm{cos2}\theta−{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta \\ $$$$\frac{\mathrm{12}}{\:\sqrt{\left({R}\mathrm{sin}\:\alpha\right)^{\mathrm{2}} +\left({R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{5}\right)^{\mathrm{2}} }}=\mathrm{cos}\:\varphi\:\mathrm{cos2}\theta−\mathrm{sin}\:\varphi\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta \\ $$$$\frac{\mathrm{12}}{\:\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}}=\mathrm{cos}\left(\mathrm{2}\theta+\varphi\right) \\ $$$$\mathrm{2}\theta=\mathrm{cos}^{−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{12}}{\:\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}}−\varphi \\ $$$$\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta=\frac{\mathrm{12}\left({R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{5}\right)}{\:{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}+\frac{{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{119}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}}{\:{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta=\frac{\left({R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{5}\right)\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{119}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}}{\:{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}−\frac{\mathrm{12}{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha}{\:{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{14}\:\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \theta+\mathrm{48}\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta \\ $$$$=\mathrm{7}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{24}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta+\mathrm{7} \\ $$$$=\frac{\mathrm{7}\left(\mathrm{12}\left({R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{5}\right)+{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{119}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}\right)+\mathrm{24}\left(\left({R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{5}\right)\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{119}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}−\mathrm{12}{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha\right)}{{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}+\mathrm{7} \\ $$$$=\frac{\mathrm{84}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha−\mathrm{288}{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha+\mathrm{420}+\left(\mathrm{24}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha+\mathrm{7}{R}\:\mathrm{sin}\:\alpha+\mathrm{120}\right)\sqrt{{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{119}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}}{{R}^{\mathrm{2}} +\mathrm{25}+\mathrm{10}{R}\:\mathrm{cos}\:\alpha}+\mathrm{7} \\ $$$$….. \\ $$