夹逼定理

前言

夹逼定理在高中阶段的应用,我们可以理解成是用不等关系来变相、晦涩地给出相等关系。

典例剖析

【2022届高三理科一轮试题】函数(f(x))的定义域为(D),若对于任意的(x_1)(x_2in D),当(x_1<x_2)时,都有(f(x_1)leqslant f(x_2)),则称函数(f(x))(D)上为非减函数 . 设函数(f(x))在区间([0,1])上为非减函数,且满足以下三个条件:①(f(0)=0);②(f(cfrac{x}{3})=cfrac{1}{2}f(x));③(f(1-x)=1-f(x));则(f(cfrac{1}{3})+f(cfrac{1}{8}))等于(qquad)

$A.cfrac{1}{2}$ $B.cfrac{2}{3}$ $C.cfrac{3}{4}$ $D.1$

分析:对题目中的部分条件的解读,

“当(x_1<x_2)时,都有(f(x_1)leqslant f(x_2)),则称函数(f(x))(D)上为非减函数” ,其实就是过去所说的非严格单调递增函数,其体现在图像上,说明图像总体上是上升的,其间可以出现水平线段的情形;现行教材中,“当(x_1<x_2)时,都有(f(x_1)< f(x_2)),则称函数(f(x))(D)上为单调[严格单调]递增函数” ,其体现在图像上,说明图像总体上是上升的,其间不可以出现水平线段的情形;

(f(1-x)=1-f(x)),即 (f(1-x)+f(x)=1),刻画的是函数的对称性,说明函数是中心对称函数,对称中心为 ((-cfrac{1}{2},cfrac{1}{2}))

解析:由于 (f(0)=0)(f(1-x)=1-f(x)),令(x=0),则得到(f(1)=1)

(x=cfrac{1}{2}),则 (f(cfrac{1}{2})=1-f(cfrac{1}{2})),得到 (f(cfrac{1}{2})=cfrac{1}{2})

又由于(f(cfrac{x}{3})=cfrac{1}{2}f(x)),令(x=1),则得到 (f(cfrac{1}{3})=cfrac{1}{2}f(1)=cfrac{1}{2})

再令(x=cfrac{1}{2}),由(f(cfrac{x}{3})=cfrac{1}{2}f(x)),则得到 (f(cfrac{1}{6})=cfrac{1}{2}f(cfrac{1}{2})=cfrac{1}{4})

再令(x=cfrac{1}{3}),由(f(cfrac{x}{3})=cfrac{1}{2}f(x)),则得到 (f(cfrac{1}{9})=cfrac{1}{2}f(cfrac{1}{3})=cfrac{1}{4})

由于 (cfrac{1}{9}<cfrac{1}{8}<cfrac{1}{6}),由非减函数的定义可知,必有

(f(cfrac{1}{9})leqslant f(cfrac{1}{8})leqslant f(cfrac{1}{6})),即 (cfrac{1}{4}leqslant f(cfrac{1}{8})leqslant cfrac{1}{4})

(f(cfrac{1}{8})=cfrac{1}{4}),则 (f(cfrac{1}{3})+f(cfrac{1}{8})=cfrac{1}{2}+cfrac{1}{4}=cfrac{3}{4}),故选 (C) .

已知二次函数(f(x)=ax^2+bx+c)的图象经过点((-2,0)),且不等式(2x≤f(x)≤cfrac{1}{2}{x}^{2}+2)对一切实数(x)都成立,求函数(f(x))的解析式 .

【解析】:由题意得:(f(-2)=4a-2b+c=0①)

因为不等式(2x≤f(x)≤cfrac{1}{2}x^2+2)对一切实数(x)都成立,

(x=2),得:(4≤f(2)≤4),所以(f(2)=4),即(4a+2b+c=4②)

由①②解得:(b=1,且c=2-4a,)

所以(f(x)=ax^2+x+2-4a)

由题意得:(f(x)-2x≥0)(f(x)-cfrac{1}{2}x^2-2≤0)(x∈R)恒成立,

(egin{cases}ax^2-x+2-4age 0③\(a-cfrac{1}{2})x^2+x-4aleq 0 ④end{cases})(xin R)恒成立,

对③而言,由(a>0)(Delta =1-4a(2-4a)leq 0)

得到((4a-1)^2leq 0),所以(a=cfrac{1}{4}),经检验满足④,

故函数(f(x))的解析式为(f(x)=cfrac{1}{4}x^2+x+1)

解后反思:注意由(4leq f(2)leq 4)得到(f(2)=4)的结论的使用,即夹逼定理,或者理解为用不等关系给出相等关系。

教材应用

(3^{pi})的值是个实数,也使用的是夹逼定理。

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