函数方程和函数不等式

前言

方程和不等式

在初中,我们称(x^2-3x+2=0)为方程,称(x^2-3x+2leqslant 0)为不等式。而高中阶段的方程和不等式中往往会渗透函数,故引出函数方程和函数不等式。

函数方程

比如,给定函数(f(x)=left{egin{array}{l}{sqrt{x},0<x<1}\{2(x-1),xge 1}end{array} ight.),若(f(a)=f(a+1)),求(f(cfrac{1}{a}))的值,则这样的方程(f(a)=f(a+1))我们称为函数方程。求解函数方程时要么用到其解析式[大多情形下],要么用到单调性[很少]。

例2【2019届高三理科函数及其表示课时作业第18题】设函数(f(x)=left{egin{array}{l}{sqrt{x},0<x<1}\{2(x-1),xge 1}end{array} ight.),若(f(a)=f(a+1)),求(f(cfrac{1}{a}))的值_________。

分析:当(0<a<1)时,(a+1>1)

(f(a)=f(a+1))变形为(sqrt{a}=2[(a+1)-1]),即(sqrt{a}=2a)

解得(a=0)(舍去)或(a=cfrac{1}{4})

(age 1)时,(a+1ge 2)

(f(a)=f(a+1))变形为(2(a-1)=2[(a+1)-1]),解得(ain varnothing)

综上,(a=cfrac{1}{4})

故有(f(cfrac{1}{a})=f(4)=2(4-1)=6)

函数不等式

比如,已知函数(f(x)=left{egin{array}{l}{x,xleqslant 0}\{ln(x+1),x>0,}end{array} ight.)(f(2-x^2)>f(x)),求(x)的范围。则不等式(f(2-x^2))(>f(x))称为函数不等式。求解函数不等式时常常要用到函数的相关性质[比如定义域,单调性,奇偶性等],此时给定的解析式仅仅是为了得到相关的性质。

例11【2017(cdot)榆林模拟】函数(f(x)=lncfrac{1+x}{1-x}+sinx),则不等式(f(a-2)+f(a^2-4)<0)的解集是【】

$A.(sqrt{3},2)$ $B.(-3,2)$ $C.(1,2)$ $D.(sqrt{3},sqrt{5})$

分析:这类题目往往需要取得符号(f),而在此之前,需要转化为(f(M)<( 或>)f(N))的形式,

然后利用定义域和单调性去掉对应法则符号,就转化为了一般的不等式组了。

解析:先求定义域,令(cfrac{1+x}{1-x}>0),解得定义域((-1,1))

再求奇偶性,由于(f(-x)=lncfrac{1-x}{1+x}-sinx)(f(x)=lncfrac{1+x}{1-x}+sinx)

所以(f(-x)+f(x)=0),故函数为奇函数;最后分析单调性,

法一,基本函数法,令(g(x)=lncfrac{1+x}{1-x}=ln(-1-cfrac{2}{x-1})),由于(u=-1-cfrac{2}{x-1})为增函数,

所以函数(g(x))为增函数,故函数(f(x)=g(x)+sinx)((-1,1))上的增函数,

法二,导数法,(f'(x)=cfrac{2}{1-x^2}+cosx>0),故函数(f(x))((-1,1))上的增函数,

到此需要的性质基本备齐了[定义域,单调性,奇偶性],

(f(a-2)+f(a^2-4)<0)

变换得到(f(a-2)<-f(a^2-4)=f(4-a^2))

由定义域和单调性得到以下不等式组:(egin{cases}-1<a-2<1\ -1<a^2-4<1 \a-2<4-a^2 end{cases})

解得(sqrt{3}<a<2),故选(A)

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