例說抽象函式的解決方法

2022-06-18 04:18:05 字數 4485 閱讀 5726

函式是高中數學的核心內容,它對於學生掌握雙基和發展能力具有十分重要的意義。通常所說的函式,一般都具有解析式、圖表等某種具體的表現形式,但是有一類函式只給出了函式所滿足的一部分性質或運算法則,而沒有明確的表現形式,這類函式我們通常稱之為抽象函式。抽象函式作為初等數學和近代數學的銜接點,既能體現數學的本質特徵、近現代數學發展的威力,又能體現新課標對知識和技能考核的要求和高考的能力命意,必將受到人們的重視。

以下介紹幾種解決抽象函式問題的方法,力求使抽象函式問題的解法有「章」可循。

一、賦值法

賦值法的基本思路是:將所給函式的性質轉化為條件等式,在條件等式中對變數賦予一些具體的值,構造出所需條件或發現某些性質,其中f(0)、f(1)是常常起橋梁作用的重要條件。

例1設函式f(x)的定義域為(0,+∞),且對於任意正實數x,y都有

f(xy)=f(x)+f(y)恆成立。若已知f(2)=1,

試求:(1)f(1/2)的值;

(2)f(2 - n)的值,其中n為正整數。

思路:合理賦值,化抽象為具體,發現遞推規律。

解:(1)令x=y=1,則f(1)=f(1)+f(1) ∴f(1)=0

再令x=2,y=1/2,則f(1)=f(2)+f(1/2)∴f(1/2)= -f(2)= -1

(2)由於f(2 - 2)=f(1/2)+f(1/2)= -2,

f(2 - 3)= f(1/2)+f(1/2)+f(1/2)= -3,

依此類推就有f(2 - n)= -n,其中n為正整數。

例2已知函式f(x)滿足:對任意x、y∈r都有f(x+y 2)=f(x)+2f 2(y),

且f(1)≠0,則f(2005)= 。

解:在f(x+y 2)=f(x)+2f 2(y)中,取x=y=0,則f(0)=0,

再取x=0,y=1,代入得f(1)=2f 2(1)。

因為f(1)≠0,所以f(1)=1/2。

在條件式中令x=n,y=1,則得遞推式f(n+1)-f(n)=1/2。

所以數列是首項為0.5、公差為0.5的等差數列,所以f(2005)=1002.5。

點評:利用抽象條件,通過賦值(賦具體值或代數式)是解決抽象函式問題的基本方法。

二、分類討論法

例3設f(x)是定義在r上的函式,當x>0時,f(x)>0,且對任意的實數x,y,

均有f(x+y)=f(x)f(y).求證:對任意x∈r,都有f(x)>0.

思路:依據求證目標,對自變數進行分類討論。

證明:先證f(0)>0.

在f(x+y)=f(x)f(y)中,令x=y=0,則有f(0)=f 2(0),

∴f(0)=0或f(0)=1.

當f(0)=0時,令y=0,x>0得,f(x)=f(x)·f(0)=0,

此與題設:當x>0時,f(x)>0矛盾,所以f(x)≠0,故f(0)=1>0.

再證當x<0時,f(x)>0.由於當x>0時,f(x)>0,

因此當x<0時,-x>0,有f(-x)>0.而f(x)·f(-x)=f(0)=1,

∴f(x)=1/f(-x)>0.

於是,對任意x∈r,都有f(x)>0.

點評:本題在分類討論的過程中,靈活運用了賦值法.

三、利用函式單調性

解抽象函式不等式,要設法將它轉化成顯性的不等式求解.這需要具備兩個條件:一是要把不等式化為f(□)>f(△)的形式,二是要判斷函式的單調性。再根據函式的單調性,將抽象函式不等式的符號"f"去掉,得到具體的不等式求解.

例4若f(x)是定義在(0,+∞)上的減函式,且對一切a,b∈(0,+∞),

都有f(a/b)=f(a)-f(b),且f(4)=1,試解不等式f(x+6)-f(1/x)>2.

思路:逆用函式單調性,將不等式中的函式關係轉化為自變數之間的關係.

解:因為f(a/b)=f(a)-f(b),且f(4)=1,所以f(x+6)-f(1/x)>2,則f(x+6)-f(1/x)>2f(4),則有f(x 2+6x)-f(4)>f(4),故f[(x 2+6x)/4]>f(4).由於f(x)是(0,+∞)上的減函式,因此由1/x>0,x+6>0,(x 2+6x)/4<4同時成立解得0<x<2,故原不等式的解集是(0,2).

例5設f(x)是定義在[-1,1]上的奇函式,且對任意a、b∈[-1,1],當a+b≠0時,都有[f(a)+f(b)]÷(a+b)>0,解不等式f(x+1/2)<f(1/x-1).

解:先證明函式的單調性.

任取x 1、x 2∈[-1,1],當時x 1<x 2,f(x 1)-f(x 2)=f(x 1)+f(-x 2)=(x 2-x 1)[f(-x 1)+f(x 2)]÷(x 2-x 1)>0,即f(x 1)<f(x 2).所以在[-1,1]上是增函式,原不等式等價於-1≤x+1/2≤1,-1≤1/x-1≤1,x+1/2<1/x-1,同時成立,解得-3/2≤x<1.

點析:(1)若函式f(x)在區間d上單調遞增,且x 1,x 2∈d,則由f(x 1)<f(x 2)可得

x 1<x 2;(2)若函式f(x)在區間d上單調遞增,且x 1,x 2∈d,則由f(x 1)<f(x 2)可得

x 1>x 2.利用這兩條性質,常常能幫助我們很快獲得抽象函式的自變數之間的關係.

四、利用函式的對稱性

熟練掌握一些函式圖象對稱問題的基本特徵,有助於迅速而有效地解決一些抽象函式的問題。

命題1 設函式f(x)在定義域為r,且f(a+x)=f(b-x),則函式f(x)的圖象關於直線x=(a+b)/2對稱;特別當a=b時,f(a+x)=f(a-x),f(x)的圖象關於x=a對稱;再特別一些,當a=b=0時,函式y=f(x)的圖象關於直線x=0(即y軸)對稱,此時,

y=f(x)為偶函式。

命題2 對於定義域在r上的函式y=f(x),函式y=f(a+x)與y=f(b-x)的圖象關於直線x=(b-a)/2對稱。

例6設函式y=f(x)對一切實數x都滿足f(x+3)=f(3-x)且方程f(x)=0恰好有

6個不同的實根,這6個根的和為(  )

a.18 b.12 c.9 d.0

解:由命題1知,y=f(x)的圖象關於x=3對稱,故6個根的和為18,故選a。

例7設函式y=f(x)的定義在r上,則函式y=f(x-1)與y=f(1-x)的圖象關於(  )

a.直線y=0對稱 b.直線x=0對稱 c.直線y=1對稱 d.直線x=1對稱

解:由命題2知x=1為其對稱軸,故選d。

例8已知定義在r上的函式f(x)在區間(0,2)上是增函式,且對任意x∈r,都有

f(2+x)=f(2-x)成立,那麼下列不等關係中正確的是(  )

思路:利用函式的對稱性將5/2,7/2轉化到區間(0,2)內,再根據函式的單調性比較函式值的大小。

解:由f(2+x)=f(2-x)可知,函式f(x)的圖象關於直線x=2對稱,因此對任意

x∈r,有f(x)=f(4-x)成立。

於是,f(5/2)=f(4-5/2)=f(3/2) , f(7/2)=f(4-7/2)=f(1/2).

因為函式f(x)在區間(0,2)上是增函式,且1/2<1<3/2,所以f(1/2)<f(1)<f(3/2),

即f(7/2)<f(1)<f(5/2),選答案b。

點析:必須注意:「f(a+x)=f(b-x)」與「f(x-a)=f(x-b)」的區別,後者意味著y=f(x)是以a-b為週期的週期函式。

特別地,若f(x-a)=f(x+b),則y=f(x)是以2a為週期的週期函式。

五、利用函式的週期性

關於函式的週期性,首先要弄清楚三種符號形式:

(1)若f(x+a)=f(x+b)恆成立,則函式為週期函式,週期為t=| b-a |,

(2)若f(a+x)=f(b-x)恆成立,則函式的圖象關於直線x=(a+b)/2對稱。

(3)若定義在r上的函式y=f(x)的圖象關於兩直線x=a和x=b(a>b)對稱,則函式y=f(x)以2(a-b)為週期.特別的,若定義在r上的偶函式的圖象關於直線x=a(a≠0)對稱,則y=f(x)以2|a|為週期。

(4)若定義在r上的函式y=f(x),值域是函式g(x)的定義域的子集,且滿足

f(x+a)=g[f則f(x)以2a為週期。

以上這四個結論可以快速認識函式具有週期性還是軸對稱性,並且對這兩者之間的轉換要能夠熟練運用。

例9設f(x)是定義在r的偶函式,其圖象關於直線x=1對稱,證明f(x)是週期函式。

分析:此題解決的關鍵是將函式的對稱語言轉換軸對稱方程,進一步和函式的週期性聯絡上。由題設條件f(x)開始,依據週期函式的定義,只需推出f(x)=f(x+t)即可。

證明:因為y=f(x)圖象關於直線x=1對稱,所以f(-x)=f[2-(-x)]=f(2+x)

因為是偶函式,所以f(x)=f(-x)=f(2+x)故是週期函式,並且週期t=2。

例10已知的f(x)定義域為r,且對一切x∈r滿足f(2+x)=f(2-x),f(7+x)=f(7-x).

(1)若f(5)=9,求f(-5)的值.

(2)已知x∈[2,7]時,f(x)=(x-2) 2,求當x∈[16,20]時,f(x)的解析式.

解:(1)因為f(x)的圖象關於直線x=2,x=7對稱,所以f(x)=f(4-x)=f[7-(3+x)].

所以f(x)是以10為週期的週期函式。所以f(-5)=f(-5+10)=f(5)=9.

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