(3)
(3,4,5)のピタゴラス数を辺とする直角三角形をイメージして、
sinθ = 3/5 , cosθ = 4/5 となる 角度θを仮定する。
ここで θは直角三角形の1つの角度なので 0<θ<π/2 となる
4sinx + 3cosx = 5(4/5*sinx + 3/5*cosx) = 5(sinx*cosθ + cosx*sinθ) = 5*sin(x+θ)
0≦x≦π より 0<x+θ<3π/2 である。※ x+θ は 第1~第3象限にある。
sin(x+θ) の最小値は x+θが第3象限にあるときなので、x=πのとき sin(x+θ)は最小となる。
5*sin(π+θ) = -5*sinθ = -5*3/5 = -3
sin(x+θ) の最大値は x+θ = π/2 のときなので
5*sin(π+θ) = 5*sin(π/2) = 5
(4)
(2,3,√13) の直角三角形をイメージして
sin(α) = 3/√13 , cos(α) = 2/√13 となる 角度 α を仮定。(0<α<π/2)
3sinθ - 2cosθ = √13*(3/√13*sinθ - 2/√13*cosθ) = -√13*(cosθ*cosα-sinθ*sinα)
= -√13*cos(θ+α)
0<θ+α<π なので θ+αは第1~第2象限。
cos(θ+α) の最大値は θ=0 のときなので
最小値 -√13*cos(0+α) = -√13*cos(α) = -√13*2/√13 = -2
cos(θ+α) の最小値は θ=π/2 のときなので
最大値 -√13*cos(π/2+α) = √13*sin(α) = √13*3/√13 = 3