文章 攻克「抽象函式與分段函式」的常規題型

2022-05-07 13:36:03 字數 4530 閱讀 1432

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抽象函式是沒有給出函式的具體解析式,只給出函式的抽象表達關係式,利用這些關係式解題;分段函式是將函式的定義域分成若干個子區間,不同的子區間有不同的表示式.由於這兩類函式表達形式比較特殊,使得這類問題成為函式內容的難點,而這兩類函式在函式內容又佔重要位置,本文就這兩類函式對其常見的題型歸納評析如下:

一、確定解析式問題

例1 已知y=f(x)滿足,其中a、b、c都是非零的常數,a≠±b,求函式的解析式.

【分析】y=f(x)沒有具體結構,條件中的a、b、c a、b、c都是已知的常數,不可用待定係數法去求解.本題可用,轉化出另乙個式子,採用解方程組的辦法求解.

【解析】∵,以代換x得:,聯立兩式消去f()得:.∵,∴.

【點評】從所給式子出發,看成乙個變式,把x換成以後得到方程組,故視f(x)為乙個未知量,解之得f(x),稱此法為「函式方程法」.求抽象函式解析式這是常用的方法.

例2 設f(x)是定義域為r的函式,且滿足f(-x)=-f(x),當x∈[0,+∞時,,求f(x)的解析式.

【分析】利用f(-x)=-f(x)求(-∞,0)上的表示式即可.

【解析】∵f(-x)=-f(x),又當x<0時,-x>0,由已知,∴,則(x<0,

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【點評】給出某區間上的表示式,求對稱區間上的表示式時,常常應用f(-x)=-f(x)或f(-x)= f(x)進行轉化.

二、求函式值問題

例3(2002,上海市高中數學競賽)函式f(x)定義在正整數集上,且滿足:f(1)=2002和f(1)+f(2)+……+f(n)= f(n),則f(2002)的值為

【分析】首先根據所給的條件求出f(n)的表示式,在求值.

【解析】由f(1)+f(2)+…+f(n)= f(n),得:f(1)+f(2)+…+f(n-1)= f(n-1),兩式相減得:f(n)= f(n)-f(n-1)(n≥3),變形得:

(n≥3),由得:,又f(1)=2002,於是有,∴,故f(2002)=.

【點評】由f(n)= f(n)-f(n-1)(n≥3)推出f(n)的表示式,整個運算過程,都需要有一定的觀察分析能力,善於從式子結構出發,向下進行,進而求出f(2002).

例4已知函式,若f(x)=10,求x

【分析】首先確定用那一部分的函式表示式求解x,從f(x)=10可以看出,要求函式的值是正數,故不用f(x)=-2x(x>0).

【解析】由於f(x)=10>0,而當f(x)=-2x(x>0)時,f(x)<0,於是應用,令=10,x=±3,由於x<0,故x=-3.

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三、定義域與值域問題

例5 已知函式y=f(2x+1)的定義域是[0,1],求y=f(x)的定義域.

【分析】函式y=f(2x+1)的定義域是[0,1],是指解析式中x的取值範圍,2x+1不是自變數,而是中間變數,f(2x+1)中的中間變數相當於f(x)中的x,所以此題是已知x∈[0,1],求2x+1的取值範圍.

【解析】∵函式y=f(2x+1)的定義域是[0,1],∴0≤x≤1,∴1≤2x≤3,∴函式y=f(x)的定義域是[1,3].

【點評】若已知函式y=f(x)的定義域為[a,b],求y=f(g(x))的定義域,只需將g(x)代換為x,解不等式a≤g(x)≤b,,求出x的集合即為y=f(g(x))的定義域;若已知y=f(g(x))的定義域為[a,b],求函式y=f(x)的定義域,只要求出y= g(x) ,x∈[a,b],的值域即為y=f(x)的定義域.

例6 已知函式,求其定義域和值域.

【分析】求分段函式的定義域只要將各段的子區間取並集;求分段函式的值域需要分段求出值域,在取並集.

【解析】,由於[-1,1]∪(11)=r,可知,定義域為r.

當x∈[-1,1]時,,f(x) ∈[0,1];而當x∈(11)時,f(x)=2,因此函式的值域為:[0,1] ∪.

四、函式性質問題

1、單調性

例7 已知函式y=f(x)的定義域為r,對任意x∈r,均有f(x+x)=f(x)+f(x),且對任意x>0,都有f(x)<0,f(3)=-3.

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(1)證明函式y=f(x)是r上的單調減函式;

(2)試求函式y=f(x)在[m,n](m,n∈z且mn<0=上的值域.

【分析】利用函式的單調性的定義證明;由(1)的結論可知f(m)、f(n)分別是函式y=f(x)在[m,n]上的最大值與最小值,故求出f(m)與f(n)即可得所求函式的值域.

【證明】(1)任取、,且<,,由題設f(x+x)=f(x)+f(x),可知,∵<,∴->0,∴f(-)<0, ∴<,故y=f(x)是r上的單調減函式.

(2)由於y=f(x)是r上的單調減函式,∴y=f(x)在[m,n]上也是單調遞減函式,∴y=f(x)的最大值為f(m),最小值為f(n),∵f(n)=f[1+(n-1)]=f(1)+f(n-1)=2f(1)+f(n-2)=……=nf(1),同理f(m)= m f(1).

∵f(3)=-3,∴f(3)=3 f(1) =-3,∴f(1)=-1,f(m)=-m,f(n)=-n,故函式y=f(x)在[m,n]上的值域為[-n ,-m].

【點評】:對於抽象函式,往往通過研究函式的單調性確定其最值和值域;對抽象函式關係式中的變元取適當的值,求所需關係式或值,是解決抽象函式問題的常用技巧.

例8 若函式f(x)=|x-a|在(-∞,1)內是減函式,求實數a的取值範圍.

【分析】本題採用數形結合的方法形象直觀容易求a的取值範圍.

【解析】f(x)=|x-a|=,作出函式的圖象,由於(-∞,a)內是減函式,而在(-∞,1)內也是減函式,故(-∞,1)是(-∞,a)的子區間.

因此a≥1.

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2、奇偶性

例9 設f(x)是定義在r上的函式,滿足f(x+2)=-f(x),且x∈[0,2]時,.

(1)求x∈[-2,0]時,f(x)的表示式;

(2)求f(9)和f(-9)的值;

(3)證明f(x)是奇函式.

【分析】這是乙個分段函式問題,首先求出函式的表示式,然後在利用定義證明函式是奇函式.

【解析】(1)∵x∈[-2,0]時,x+2∈[0,2],∴f(x)=-f(x+2)=-[2(x+2)-(x+2)],即x∈[-2,0]時,.

(2)∵f(x+2)=-f(x),∴f(x+4)=-f(x+2)= f(x),∴f(x)是以4為週期的週期函式.∴f(9)=f(1)=1,f(-9)= f(-1)=-1,.

(3)∵,

又∵f(x)+f(-x)=,∴f(x)+f(-x)=0,(x∈[-2,2]),∴f(x)在[-2,2]上為奇函式.若x∈[4k-2,4k+2],k∈z,則-x∈[-4k-2, -4k +2],,∴f(x)= f(x-4k),f(-x)= f(-x+4k),且x-4k與-x+4k∈[-2,2]又∵-x+4k=-(x-4k),∴f(-x+4k)=-f(x-4k), ∴f(-x)=-f(x),∴f(x)為奇函式.

3、週期性

例10設f(x) 定義在r上的偶函式,其圖象關於直線x=1對稱,對任意、都有,且f(1)=a>0.

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(1)求、;

(2)證明f(x)是週期函式.

【分析】偶函式的圖象關於y軸對稱,由函式圖象關於直線x=1對稱,可以判定函式f(x)是週期函式.

【解析】(1)由,、,知,x∈[0,1],∵,,又f(1)=a>0,∴,.

(2)依題意設y=f(x)關於直線x=1對稱,∴f(x)= f(1+1-x),f(x)= f(2-x),又∵f(-x) =f(x),∴f(x)= f(x+2),∴函式f(x)是r上的週期函式,且2是它的乙個週期.

五、反函式問題

例11 已知定義域為的函式f(x),對任意x、y∈恒有f(xy)=f(x)+f(y).

(1)求證:當x∈時,;

(2)若x>1時,恒有,求證:f(x)必有反函式;

(3)設是f(x)的反函式,求證:在其定義域內恒有.

證明:(1)∵,則有f(1)= f(1)+f(1) ,∴有f(1)=0,∴.

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(2),且時,,∴.

由,得,

∴,知f(x)在上為單調遞減函式.∴f(x)必有反函式.

(3)設,∴,,即.

例12 已知函式,其定義域為.

(1)若f(x)在其定義域內有反函式,求t的取值範圍;

(2)在(1)的條件下,求反函式.

解:(1)∵f(x)在時其對稱軸為x=t.

當時,f(x)在其定義域內為增函式,所以此時f(x)有反函式;

同理,當時,f(x)在其定義域內也有反函式;

當時,f(x)圖象在的一段比在的一段更靠近對稱軸.那麼要使得f(x)在定義域內有反函式,應有.

則得,解得;

當時,同理應有,解得;

當時f(x)顯然不存在反函式.

有以上討論可知,f(x)在其定義域內有反函式的t的範圍為:.

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