Question Number 41911 by lucha116 last updated on 15/Aug/18
$${h}\left({x}\right)=\sqrt{{sin}^{\mathrm{4}} {x}+{cos}^{\mathrm{4}} {x}−\mathrm{2}{msinxcosx}} \\ $$$${Find}\:{all}\:{the}\:{values}\:{of}\:{the}\:{parameter}\:{m}\:{for}\:{the}\:{funtion}\:{denined}\:{on}\:{R} \\ $$$$ \\ $$
Commented by MJS last updated on 15/Aug/18
$$\mathrm{draw}\:\mathrm{the}\:\mathrm{function}\:\mathrm{for}\:\mid{m}\mid>\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\:\mathrm{you}\:\mathrm{will}\:\mathrm{see} \\ $$$$\mathrm{that}\:\mathrm{it}'\mathrm{s}\:\mathrm{not}\:\mathrm{defined}\:\forall{x}\in\mathbb{R} \\ $$$${m}=\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:+\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \:\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:−\mathrm{2sin}\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:\mathrm{cos}\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\mathrm{2}×\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}×\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{as}\:\mathrm{I}\:\mathrm{hopefully}\:\mathrm{showed}\:\mathrm{the}\:\mathrm{minimum}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:{x}\:+\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \:{x}\:−\mathrm{2}{m}\mathrm{sin}\:{x}\:\mathrm{cos}\:{x}\:\mathrm{must}\:\mathrm{be}\:\geqslant\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{and}\:\mathrm{it}'\mathrm{s}\:\mathrm{exactly}\:\mathrm{zero}\:\mathrm{for}\:{m}=\pm\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}.\:\mathrm{for}\:\mid{m}\mid>\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{minimum}\:\mathrm{is}\:\mathrm{below}\:\mathrm{zero} \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 15/Aug/18
$${we}\:{have}\:{h}\left({x}\right)=\sqrt{\left({cos}^{\mathrm{2}} {x}+{sin}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{cos}^{\mathrm{2}} {xsin}^{\mathrm{2}} {x}−\mathrm{2}{msinxcosx}} \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)−{msin}\left(\mathrm{2}{x}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\sqrt{\mathrm{2}−{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)−\mathrm{2}{msin}\left(\mathrm{2}{x}\right)}\:{due}\:{to}\:{D}_{{f}} {we}\:{mist} \\ $$$${have}\:−{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)−\mathrm{2}{msin}\left(\mathrm{2}{x}\right)+\mathrm{2}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$${sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)\:+\mathrm{2}{msin}\left(\mathrm{2}{x}\right)−\mathrm{2}\leqslant\mathrm{0}\:{let}\:{sin}\left(\mathrm{2}{x}\right)\:={t}\:\Rightarrow \\ $$$${t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{mt}\:−\mathrm{2}\leqslant\mathrm{0}\:\:{and}\:\:\:\mid{t}\mid\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$\Delta^{'} \:={m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}>\mathrm{0}\Rightarrow{t}_{\mathrm{1}} =−{m}+\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}\:\:{and}\: \\ $$$${t}_{\mathrm{2}} =−{m}−\sqrt{{m}^{\mathrm{2}\:} +\mathrm{2}}\:\: \\ $$$$\mid{t}_{\mathrm{1}} \mid\:\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow\:−\mathrm{1}\leqslant−{m}+\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}}\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${m}−\mathrm{1}\:\leqslant\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}\leqslant{m}+\mathrm{1}\:\:\:{if}\:{m}>\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${m}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{m}+\mathrm{1}\:\leqslant{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}\:\leqslant{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{m}\:+\mathrm{2}\:\Rightarrow \\ $$$$−\mathrm{2}{m}+\mathrm{1}\leqslant\mathrm{2}\leqslant\mathrm{2}{m}+\mathrm{2}\:\Rightarrow\:−{m}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant\:\mathrm{1}\leqslant\:{m}+\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$−{m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:{and}\:{m}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow{m}\geqslant\mathrm{0}\Rightarrow\:{m}\geqslant\mathrm{1} \\ $$$${if}\:−\mathrm{1}<{m}<\mathrm{1}\:\Rightarrow−\left(\mathrm{1}−{m}\right)\leqslant\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}\leqslant{m}+\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${m}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{m}\:+\mathrm{1}\:\leqslant{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\:\leqslant{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{m}+\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$−{m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{and}\:{m}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow{m}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow\:\mathrm{0}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1} \\ $$$$\mid{t}_{\mathrm{2}} \mid\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\mid−{m}−\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}}\mid\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$−\mathrm{1}\leqslant{m}+\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}}\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow−{m}−\mathrm{1}\leqslant\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}}\leqslant\mathrm{1}−{m}\:{so} \\ $$$${m}\leqslant\mathrm{1}\:\:{if}\:−{m}−\mathrm{1}>\mathrm{0}\:\Rightarrow{m}\leqslant−\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{m}+\mathrm{1}\leqslant{m}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\leqslant{m}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{m}\:+\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}{m}+\mathrm{1}\leqslant\mathrm{2}\leqslant−\mathrm{2}{m}+\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\mathrm{2}{m}\leqslant\mathrm{1}\leqslant−\mathrm{2}{m}\:\Rightarrow \\ $$$${m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:{and}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant−{m}\:\Rightarrow{m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:{and}\:{m}\leqslant−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow \\ $$$${m}\leqslant−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{m}\:\leqslant−\mathrm{1}\:{due}\:{to}\:{initial}\:{condition} \\ $$$${if}\:−{m}−\mathrm{1}\leqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow−\mathrm{1}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1}\:\:{so} \\ $$$$\mid{t}_{\mathrm{2}} \mid\:\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow\:−\mathrm{1}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1}\:{finally} \\ $$$$\mid{t}_{\mathrm{1}} \mid\leqslant\mathrm{1}\:{and}\:\mid{t}_{\mathrm{2}} \mid\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\:\:\mathrm{0}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1}\:. \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 15/Aug/18
$${another}\:{way}\:{but}\:{easy}\:\:{we}\:{have}\:\mid{t}_{\mathrm{1}} \mid\leqslant\mathrm{1}\:{and} \\ $$$$\mid{t}_{\mathrm{2}} \mid\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow\:−\mathrm{1}\:\leqslant−{m}+\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}}\leqslant\mathrm{1}\:{and} \\ $$$$−\mathrm{1}\leqslant−{m}−\sqrt{{m}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}}\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$−\mathrm{2}\leqslant−\mathrm{2}{m}\:\leqslant\mathrm{2}\:\Rightarrow\:−\mathrm{1}\leqslant−{m}\leqslant\mathrm{1}\:\Rightarrow\:−\mathrm{1}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1} \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 15/Aug/18
$$−\mathrm{1}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 15/Aug/18
$${for}\:{m}=\mathrm{1}\:\:{h}\left({x}\right)=\sqrt{{sin}^{\mathrm{4}} {x}+{cos}^{\mathrm{4}} {x}−\mathrm{2}{sinxcosx}} \\ $$$$=\sqrt{\left({sin}^{\mathrm{2}} {x}\:+{cos}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{sin}^{\mathrm{2}} {xcos}^{\mathrm{2}} {x}−{sin}\left(\mathrm{2}{x}\right)} \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)−{sin}\left(\mathrm{2}{x}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\sqrt{\mathrm{2}−{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)−\mathrm{2}{sin}\left(\mathrm{2}{x}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\sqrt{−{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)−\mathrm{2}{sin}\left(\mathrm{2}{x}\right)+\mathrm{2}}\:\:{let}\:{t}={sin}\left(\mathrm{2}{x}\right) \\ $$$$\Delta^{'} \:=\mathrm{1}\:+\mathrm{2}\:=\mathrm{3}\:\Rightarrow\:{t}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{3}}}{−\mathrm{1}}\:\:{and}\:{t}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{3}}}{−\mathrm{1}}\:\Rightarrow{t}_{\mathrm{1}} =−\sqrt{\mathrm{3}}−\mathrm{1}\:\:\:{and} \\ $$$${t}_{\mathrm{2}} =−\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{3}}\:\:\:\:{so}\:\mid{t}_{\mathrm{1}} \mid<\mathrm{1}\:\:{but}\:\mid{t}_{\mathrm{2}} \mid\:>\mathrm{1}\:\:{any}\:{way}\:{we}\:{can}\:{take}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant{m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${thank}\:{you}\:{sir}\:{for}\:{this}\:{remark}… \\ $$
Answered by MJS last updated on 15/Aug/18
$$\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:{x}\:+\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \:{x}\:−\mathrm{2}{m}\mathrm{sin}\:{x}\:\mathrm{cos}\:{x}\:\geqslant\mathrm{0} \\ $$$$…\mathrm{after}\:\mathrm{some}\:\mathrm{trigonometric}\:\mathrm{transformations}: \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\:\mathrm{4}{x}\:−{m}\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\geqslant\mathrm{0} \\ $$$$\frac{{d}}{{dx}}\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\:\mathrm{4}{x}\:−{m}\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right]=\mathrm{0} \\ $$$$−\mathrm{sin}\:\mathrm{4}{x}\:−\mathrm{2}{m}\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{x}=\mathrm{0} \\ $$$${x}=\mathrm{arctan}\:{t} \\ $$$$\frac{\mathrm{2}{mt}^{\mathrm{4}} +\mathrm{4}{t}^{\mathrm{3}} −\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{m}}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\mathrm{0} \\ $$$${t}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{3}} }{{m}}−\frac{\mathrm{2}{t}}{{m}}−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${t}=\pm\mathrm{1}\:\vee\:{t}=−\frac{\mathrm{1}}{{m}}\pm\frac{\sqrt{\mathrm{1}−{m}^{\mathrm{2}} }}{{m}}\:\Rightarrow\:−\mathrm{1}\leqslant{m}\leqslant\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\:{x}=\pm\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:\vee\:{x}=\mathrm{arctan}\:\left(−\frac{\mathrm{1}}{{m}}\pm\frac{\sqrt{\mathrm{1}−{m}^{\mathrm{2}} }}{{m}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\:\mathrm{4}{x}\:−{m}\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\geqslant\mathrm{0} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} =−\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:\Rightarrow\:{m}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow\:{m}\geqslant−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${x}_{\mathrm{2}} =\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:\Rightarrow\:−{m}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow\:{m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${x}_{\mathrm{3},\:\mathrm{4}} =\mathrm{arctan}\:\left(−\frac{\mathrm{1}}{{m}}\pm\frac{\sqrt{\mathrm{1}−{m}^{\mathrm{2}} }}{{m}}\right)\:\Rightarrow\:\frac{{m}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}+\mathrm{1}\geqslant\mathrm{0}\:\Rightarrow\:{m}\in\mathbb{R} \\ $$$$\mathrm{answer}\:\mathrm{is}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\leqslant{m}\leqslant\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$
Commented by lucha116 last updated on 15/Aug/18
$${it}\:{is}\:{true}\:{but}\:{i}\:{have}\:{studied}\:{grade}\:\mathrm{11}\:{and}\:{i}\:{have}\:{not}\:{learnt}\:\frac{{d}}{{dx}}.\:{Can}\:{you}\:{solve}\:{by}\:{other}\:{way}? \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 15/Aug/18
$${this}\:{question}\:{is}\:{more}\:{difficult}\:{for}\:{grade}\:\mathrm{11}\:{and}\:{generally}\:{the}\:{consept}\:{of}\: \\ $$$${trigonometry}\:{is}\:{more}\:{difficult}\:\:… \\ $$
Commented by lucha116 last updated on 15/Aug/18