函数习题

例1存在函数(f(x))满足:对任意的(xin R)都有【】

$A.f(sin2x)=sinx$ $B.f(sin2x)=x^2+x $ $C.f(x^2+1)=|x+1|$ $D.f(x^2+2x)=|x+1|$

分析:利用(x)取特殊值,结合函数的定义就能判断。

A、(f(sin2x)=sinx)(x=0)时,(f(0)=0;x=π/2)时,则(sin2x=0), 即(f(0)=1),即出现(f(0)=0)(1),一对多,错误。

B、(f(sin2x)=x^2+x)(x=0)时,(f(0)=0;x=π)时,则(sin2x=0,)(f(0)=π^2+π,)即出现(f(0)=0)(π^2+π),一对多,错误。

C、(f(x^2+1)=|x+1|)(x=-1)时,(f(2)=0;x=1)时,(f(2)=2),即出现(f(2)=0)(2),一对多,错误。

D、(f(x^2+2x)=|x+1|)(x+1=t),则(f(x^2+2x)=|x+1|)化为(f(t^2-1)=|t|),再令(t^2-1=x),则$t=±sqrt{x+1} $

所以(f(x)=sqrt{x+1}) 所以存在函数(f(x)=sqrt{x+1}),使得(f(x^2+2x)=|x+1|)。故选(D.)

感悟:相同考法的题目,判断哪个图像不是函数图像,我们的做法就是做x轴的垂线,若垂线和图像有两个及其以上的交点,则一定不是函数图像,因为出现了“一对多”,不符合函数的定义。

例2 已知映射(f:A ightarrow B),其中(A=B=R),对应法则(f:x ightarrow y=-x^2+2x),对于实数(kin B)在集合(A)中存在两个不同的原像,则(k)的取值范围是【】

$A.k >1$ $B.kleq 1$ $C.k < 1$ $D.kge 1$

分析:∵对于实数(kin B)在集合(A)中存在两个不同的原像,∴ (y=-x^2+2x= -(x^2-2x+1)+1≤1),当(y=1)时有两个相同的(x),不合题意,∴ (k<1),故选(C)

例2-1映射(f:x ightarrow y=-x^2+2x)(scriptsize{M})(scriptsize{N})的映射,(scriptsize{M}=scriptsize{N}=scriptsize{R}),若对任意实数(scriptsize{P}in scriptsize{N}),在(scriptsize{M})中不存在原象, 则(scriptsize{P})的取值范围是(  )

$A.[1,+infty)$ $B.(1,+infty)$ $C.(-infty,1]$ $D.(-infty,+infty)$

分析:由对应关系(y=-x^2+2x)求出以(R)为定义域的函数的值域,由补集思想得到集合(N)中不存在原像的元素构成的集合,则答案可求.

解析:∵ (y=-x^2+2x= -(x-1)^2+1≤1)

∴ 对于集合(M=R),那么在(f:x ightarrow y=-x^2+2x)的对应下,对应的像的集合为({y|yleq1})

∴集合(N=R)中,满足(y>1)的元素在(M)中不存在原像.即(P)的取值范围是((1,+infty))

故选:(B)

解后反思:题考查了映射的概念,考查了函数值域的求法,训练了配方法,体现了补集思想,是基础题.

例2-2映射(f:x ightarrow y=-x^2+2x)(M)(N)的映射,(M=N=R),若有(存在)一实数(Pin N),在(M)中不存在原象, 则(P)的取值范围是【】

$A.[1,+infty)$ $B.(1,+infty)$ $C.(-infty,1]$ $D.(-infty,+infty)$

分析:∵(y=-x^2+2x= -(x-1)^2+1≤1). ∴对于集合(M=R),在(f:x ightarrow y = -x^2+2x)的对应下, 对应的像的集合为({y|y≤1})

∴集合(N=R)中,当(Pin(-∞,1]) 时,实数(P)(M)中必然存在原像。

现要求存在一实数(Pin N),在(M)中不存在原象,则(P)的取值范围必然要包含((-infty,1]) , 即(P)的取值范围是((-infty,+infty)).故选:D.

例3【2019届凤中高三理科数学函数及其表示课时作业第3题】已知(f(cfrac{1}{2}x-1)=2x-5),且(f(a)=6),求(a)的值________。

【法1】令(cfrac{1}{2}-1=t),则(x=2(t+1))

(f(t)=4(t+1)-5=4t-1),即(f(x)=4x-1)

现有(f(a)=6),即(4a-1=6),解得(a=cfrac{7}{4})

【法2】利用函数的概念求解;

(2x-5=6),则(x=cfrac{11}{2})

将其代入(cfrac{1}{2}x-1=cfrac{1}{2}cdot cfrac{11}{2}-1=cfrac{7}{4})

(a=cfrac{7}{4})

例4已知函数(f(x)=x^3-x^2-x+cfrac{11}{27}),求证:函数(f(x))的图像关于点((cfrac{1}{3},0))对称。

【题型】函数图像的对称性证明

法1:利用思路(f(cfrac{2}{3}-x)+f(x)=0;;)证明;

法2:将函数(f(x))向左平移(cfrac{1}{3})个单位,得到(f(x+cfrac{1}{3})=x^3-cfrac{4}{3}x=g(x)),然后证明(g(x))为奇函数,从而证明函数(f(x))的图像关于点((cfrac{1}{3},0))对称。

例5已知函数(f(x)=x^2+bx+c(b,cin R)),在区间((0,1))内有两个不同的零点,则((1+b)c+c^2)的取值范围是多少?((0,cfrac{1}{16}))

【题型】方程根的分布,均值不等式
法1:令函数的两个零点是(x_1,x_2),则容易知道(x_1,x_2in (0,1)),则(f(x)=(x-x_1)(x-x_2)),由题目可知,(f(0)=c=x_1x_2>0)(f(1)=(1-x_1)(1-x_2)=1+b+c)
((1+b)c+c^2=(1+b+c)c=x_1x_2(1-x_1)(1-x_2)=[x_1(1-x_1)][x_2(1-x_2)]<(cfrac{x_1+1-x_1}{2})^2(cfrac{x_2+1-x_2}{2})^2=cfrac{1}{16}).
(f(0)f(1)>0,(1+b+c)c>0),故((1+b)c+c^2in(0,cfrac{1}{16})).
反思1:本题先由已知条件转化得到(egin{cases} &f(0)=c>0\ &f(1)=1+b+c>0 \ &Delta=b^2-4c>0 \ &0<-cfrac{b}{2}<1end{cases}),再求((1+b)c+c^2)的取值范围,这个思路的转化很顺畅,但是不能正确求解。
引申:是否可以利用向量,借助形来求解呢?比如定义(vec{a}=(1+b,c),vec{b}=(c,c)),从而转化为求向量(vec{a}cdotvec{b})的取值范围?

例6设函数(f(x)),若对于在定义域内存在实数(x)满足(f(-x)=-f(x)),则称函数(f(x))为“局部奇函数”。若函数(f(x)=4^x-mcdot 2^{x+1}+m^2-3)是定义在(R)上的“局部奇函数”,则实数(m)的取值范围是多少?

分析:由题目可知,方程(f(-x)+f(x)=0)(R)上有解,即(4^x+4^{-x}-m(2^{x+1}+2^{-x+1})+2(m^2-3)=0)有解,先令(2^x=t>0),得到(t^2+cfrac{1}{t^2}-2m(t+cfrac{1}{t})+2(m^2-3)=0),再令(t+cfrac{1}{t}=nge 2),则方程变形为(n^2-2mn+2m^2-8=0)(nin [2,+infty))上有解,令(F(n)=n^2-2mn+2m^2-8(n ge 2))

(1^。)(F(2)leq 0)时,由零点存在性定理可知,只需要(F(2)leq 0),由(F(2)leq 0Longrightarrow 1-sqrt{3}leq m leq 1+sqrt{3})

(2^。)(F(2)> 0)时,还需要(Delta ge 0)且对称轴大于2,由(egin{cases} &F(2)> 0\ &Delta ge 0 \ &m>2end{cases}Longrightarrow egin{cases} &m<1-sqrt{3},m>1+sqrt{3}\ &-2sqrt{2}leq m leq 2sqrt{2} \ & m>2end{cases}Longrightarrow 1+sqrt{3}< m leq 2sqrt{2})

综上所述,(m)的取值范围是([1-sqrt{3},2sqrt{2}]).

例7若函数(f(x)=2^x+m)是定义在区间([-1,1])上的“局部奇函数”,求实数(m)的取值范围。

分析:由题目可知,方程(f(-x)+f(x)=0)(R)上有解,由于本题目的参数可以顺利分离,故由(2^{-x}+m+2^x+m=0)得到(-2m=2^{-x}+2^x),令(2^{-x}+2^x=g(x)),借助导数工具就可以做出函数(g(x))的大致图像。

由于(g(x))为偶函数,故只讨论(x>0)的单调性情况,(g'(x)=2^xln2-2^{-x}ln2=ln2(2^x-2^{-x})>0),故(x>0)时,(g(x))单调递增,即(xin [-1,0],g(x)searrow;xin [0,1],g(x) earrow;)

所以(g(x)in [g(0),g(1)]),即(g(x)in [2,cfrac{5}{2}]),要使原方程有解,则(2leq -2mleq cfrac{5}{2}),解得(min [-cfrac{5}{4},-1])

例8设函数(f(x) = egin{cases}x,&0<xleq 1 \ cfrac{1}{f(x+1)}-1,&-1<x<0 end{cases})(g(x)=f(x)-4mx-m),其中(m eq 0),若函数(g(x))在区间((-1,1))上有且仅有一个零点,则实数(m)的取值范围是___________.

分析:由于(-1<x<0),则(0<x+1<1),故(cfrac{1}{f(x+1)}=cfrac{1}{x+1}),故函数(f(x))可以化简为(f(x) = egin{cases}x, &0<xleq 1 \ cfrac{1}{x+1}-1 &-1<x<0 end{cases}),这样我们就能容易做出其图像了,课件地址:https://www.desmos.com/calculator/7t9muzsnix

在同一坐标系中分别做出函数(f(x))和函数(h(x)=4m(x+cfrac{1}{4})),有课件可以看出只要(4mge k_{AB})(4m=k_{AC}),其中(4mge k_{AB}=cfrac{1-0}{1-(-frac{1}{4})}=cfrac{4}{5}),从而求得(mge cfrac{1}{5}),剩下的难点是求点(C)的坐标。以下用导数方法求解。

先由(-1<x<0)(f(x)=cfrac{1}{x+1}-1),求得(f'(x)=-cfrac{1}{(x+1)^2}),令切点(C(x_0,y_0)),则有

(egin{cases} &f'(x_0)=-cfrac{1}{(x_0+1)^2}=4m ①\ &y_0=cfrac{1}{x_0+1}-1 ②\&y_0=4mx_0+m=4m(x_0+cfrac{1}{4}) ③\&x_0in(-1,0)\&y_0in(0,+infty)end{cases})

将①②代入③,目的求解切点(C(x_0,y_0)),得到(-cfrac{1}{(x_0+1)^2}(x_0+cfrac{1}{4})=cfrac{1}{x_0+1}-1),解得(x_0=-cfrac{1}{2}),在求得(y_0=1),从而知道(k_{AC}=cfrac{1-0}{-cfrac{1}{2}-(-cfrac{1}{4})}=-4),所以(4m=k_{AC}=-4),解得相切时(m=-1)

例9已知函数(f(x) = egin{cases}kx+2,&xge 0 \ (cfrac{1}{2})^x &x<0 end{cases}),若方程(f(f(x))-cfrac{3}{2}=0)在实数范围内无解,则实数(k)的取值范围是多少?([0,+infty))

法1:(由内向外)当(x<0)时,(f(x)>1),若(kge 0)时,(f(f(x))ge 2),此时其与(y=cfrac{3}{2})没有交点;

(xge 0)时,若(kge 0)时,(f(x)ge 2)(f(f(x))ge 2),此时其与(y=cfrac{3}{2})没有交点;故所求的实数(k)的取值范围是([0,+infty))

法2:(由外向内)注意到(k)为第一段函数射线的斜率,故可以假定(k>0、k=0、k<0)分别做出三个射线,再做出直线(y=cfrac{3}{2}),此时

例10已知正数(x、y)满足(x+2sqrt{2xy}leq lambda(x+y))恒成立,则实数(lambda)的最小值为_______.

分析:容易想到分离参数得到(lambdage cfrac{x+2sqrt{2xy}}{x+y}),接下来自然是想办法求右端函数的取值范围,但是右端是二元分式函数,所以考虑变量集中,得到(cfrac{x+2sqrt{2xy}}{x+y}=cfrac{1+cfrac{2sqrt{2xy}}{x}}{1+cfrac{y}{x}}=cfrac{1+2sqrt{2}sqrt{cfrac{y}{x}}}{1+cfrac{y}{x}}),此时令(sqrt{cfrac{y}{x}}=t>0),则原式变形为(cfrac{x+2sqrt{2xy}}{x+y}=cfrac{1+2sqrt{2}t}{1+t^2})

到此可以考虑这几种思路:函数导数法求最值,均值不等式求最值,转化为利用二次函数求解。

思路1:令(h(t)=cfrac{1+2sqrt{2}t}{1+t^2}(t>0)),则(h'(t)=cfrac{2sqrt{2}(1+t^2)-(1+2sqrt{2}t)cdot 2t)}{(1+t^2)^2}=cfrac{-2sqrt{2}t^2-2t+2sqrt{2}}{(1+t^2)^2}=-cfrac{2sqrt{2}t^2+2t-2sqrt{2}}{(1+t^2)^2}=-cfrac{(sqrt{2}t+2)(2t-sqrt{2})}{(1+t^2)^2})

借助导函数的分子图像得到(tin(0,cfrac{sqrt{2}}{2}] earrow)(tin[cfrac{sqrt{2}}{2},infty) searrow);故(h(t)_{max}=h(cfrac{sqrt{2}}{2})=2),则实数(lambda ge 2),即(lambda_{min}= 2)

思路2:相同思路,点击找例11.

(h(t)=cfrac{1+2sqrt{2}t}{1+t^2}(t>0)),由于(h(t))在变量集中时不太好操作,故再令

(egin{align*} g(t)=cfrac{1+t^2}{1+2sqrt{2}t}&=cfrac{cfrac{1}{8}(2sqrt{2}t+1)^2-cfrac{sqrt{2}}{2}t-cfrac{1}{8}+1}{2sqrt{2}t+1} \&=cfrac{cfrac{1}{8}(2sqrt{2}t+1)^2-cfrac{1}{4}(2sqrt{2}t+1)+cfrac{9}{8}}{2sqrt{2}t+1}\&=cfrac{1}{8}(2sqrt{2}t+1)+cfrac{9}{8(2sqrt{2}t+1)}-cfrac{1}{4} \& ge 2sqrt{cfrac{1}{8}cdot cfrac{9}{8}}-cfrac{1}{4}=2cdotcfrac{3}{8}-cfrac{1}{4}=cfrac{1}{2}end{align*})

当且仅当(cfrac{1}{8}(2sqrt{2}t+1)=cfrac{9}{8(2sqrt{2}t+1)}),即(t=cfrac{sqrt{2}}{2})时取到等号。

再来看看代换法,个中滋味你自己体会吧,令(1+2sqrt{2}t=m),则(t=cfrac{m-1}{2sqrt{2}})

(egin{align*}g(t)=cfrac{1+t^2}{1+2sqrt{2}t}&=cfrac{1+cfrac{(m-1)^2}{8}}{m}\&=cfrac{1}{m}+cfrac{m^2-2m+1}{8m}\&=cfrac{1}{m}+cfrac{m}{8}-cfrac{1}{4}+cfrac{1}{8m}\&=cfrac{m}{8}+cfrac{9}{8m}-cfrac{1}{4}\&=cfrac{1+2sqrt{2}t}{8}+cfrac{9}{8(1+2sqrt{2}t)}-cfrac{1}{4} \& ge 2sqrt{cfrac{1}{8}cdot cfrac{9}{8}}-cfrac{1}{4}=2cdotcfrac{3}{8}-cfrac{1}{4}=cfrac{1}{2}end{align*})

当且仅当(cfrac{1}{8}(2sqrt{2}t+1)=cfrac{9}{8(2sqrt{2}t+1)}),即(t=cfrac{sqrt{2}}{2})时取到等号。即(g(t)_{min}=cfrac{1}{2}),故(h(t)_{max}=2),故实数(lambda ge 2),即(lambda_{min}= 2)

思路3:先换元变换得到,(1+2sqrt{2}tleq lambda +lambda t^2(t>0))恒成立,即(lambda t^2-2sqrt{2}t+lambda-1ge 0)(t>0)恒成立,令(f(t)=lambda t^2-2sqrt{2}t+lambda-1),则原命题等价于
(egin{cases} &lambda >0 \ &Delta leq 0end{cases}) 或者(egin{cases} &lambda >0 \ &Delta > 0 \ &cfrac{sqrt{2}}{lambda}<0 \ &f(0)>0end{cases}),解得(lambda ge 2),即(lambda_{min}= 2)

思路4:先变形得到(lambdage cfrac{x+2sqrt{2xy}}{x+y}),又由于(2sqrt{2xy}=2cdotsqrt{x}cdotsqrt{2y}leq x+2y),故(cfrac{x+2sqrt{2xy}}{x+y}leq cfrac{x+x+2y}{x+y}=2),当且仅当(x=2y)时取到等号,故故实数(lambda ge 2),即(lambda_{min}= 2)

例11已知函数(f(x))(R)上的偶函数,且对任意互异的实数(x_1,x_2in [0,+infty)),都有((x_1-x_2)[f(x_1)-f(x_2)]>0)成立,若实数(x、y)满足不等式(f(x-2)ge f(y-4)),则当(xin [1,2])时,(cfrac{xy}{3x^2+xy-2y^2})的取值范围是_________.

分析:本题目是线性规划形式给出双变量(x、y)的取值范围,求双变量函数的取值范围问题,比较复杂。

先由函数是偶函数可知,(f(|x-2|)ge f(|y-4|)),再由其单调性知道(|x-2|ge |y-4|),去掉绝对值符号得到$- |x-2|leq y-4 leq |x-2| $ ,又因为(xin[1,2]),则(x-2in[-1,0]),故(x-2leq y-4leq2-x),即(egin{cases}&x-2leq y-4 \ & y-4 leq 2-x \ & 1 leq x leq 2 end{cases}),做出如图的可行域;课件地址:,接下来用代换减少变量的个数,

(cfrac{xy}{3x^2+xy-2y^2}=cfrac{cfrac{xy}{x^2}}{cfrac{3x^2+xy-2y^2}{x^2}}=cfrac{cfrac{y}{x}}{3+cfrac{y}{x}-2(cfrac{y}{x})^2}=cfrac{t}{3+t-2t^2}=cfrac{1}{cfrac{3}{t}+1-2t}(cfrac{y}{x}=t)),此时需要借助可行域判断(t)的范围,结合可行域图像以及(t)的几何意义(经过可行域内的动点和原点的直线的斜率),可知(tin [2,5]),故至此问题转化为已知(tin [2,5]),求(g(t)=cfrac{1}{cfrac{3}{t}+1-2t})的取值范围问题;令(h(t)=-2t+cfrac{3}{t}+1)(h'(t)=-2-cfrac{3}{t^2}<0),故(h(t))(tin [2,5])单调递减,故(h(t)_{min}=h(5)=-cfrac{42}{5})(h(t)_{max}=h(2)=-cfrac{3}{2}),则(g(t)_{max}=g(5)=-cfrac{5}{42})(g(t)_{min}=g(2)=-cfrac{2}{3}),故所求原式的取值范围是([-cfrac{2}{3},-cfrac{5}{42}])

例12已知函数(f(x)=ax-x^2-lnx)有极值,且其极值之和大于(5+ln2),求实数(a)的取值范围。

分析:由题目可知方程(f'(x)=a-2x-cfrac{1}{x}=0)((0,+infty))上有解,即(cfrac{ax-2x^2-1}{x}=0)有解,令函数(g(x)=-2x^2+ax-1),则(g(x)=0)有两个不相等的正实数根(x_1,x_2)

故满足(egin{cases}&Delta=a^2-4 imes(-2) imes(-1)>0 \ &x_1+x_2=cfrac{a}{2} \ &x_1x_2=cfrac{1}{2}end{cases}),解得(a>2sqrt{2})

而其极值之和为

(egin{align*}f(x_1)+f(x_2)&=ax_1-x_1^2-lnx_1+ax_2-x_2^2-lnx_2\&=a(x_1+x_2)-(x_1^2+x_2^2)-lnx_1x_2\&=a(x_1+x_2)-[(x_1+x_2)^2-2x_1x_2]-lnx_1x_2\&=cfrac{a^2}{2}-(cfrac{a^2}{4}-2 imes cfrac{1}{2})-lncfrac{1}{2}\&=cfrac{a^2}{4}+1+ln2>5+ln2end{align*})

解得(a>4),又(a>2sqrt{2}),故(a>4).

变式:若其极值之和小于(5+ln2),则得到取值范围是(2sqrt{2}<a<4).

例13已知函数(f(x))(R)上的奇函数且满足(f(cfrac{3}{2}-x)=f(x))(f(-2)=-3),数列({a_n})满足(a_1=-1),且(S_n=2a_n+n),其中(S_n)为其前(n)项和,则(f(a_5)+f(a_6))的值是多少?

分析:先由奇偶性和对称性推出周期性,由(-f(-x)=f(x))(f(cfrac{3}{2}-x)=f(x)),得到(f(cfrac{3}{2}-x)=-f(-x)),即(f(cfrac{3}{2}+x)=-f(x)),所以周期(T=3)

再求(a_5,a_6)的值;此时可以利用思路一:先用(a_n)(S_n)的关系,求通项公式再求项的思路;思路二:递推关系式,此处用思路一;

(nge 2) 时,(S_{n-1}=2a_{n-1}+(n-1)),则(S_n-S_{n-1}=2a_n-2a_{n-1}+n-(n-1)),得到(a_n=2a_{n-1}-1);进而得到(a_n-1=2(a_{n-1}-1))

故数列({a_n-1})是首项为(a_1-1=-2),公比为(2)的等比数列,故(a_n-1=-2cdot 2^{n-1}),则(a_n=-2^n+1),所以(a_5=-31,a_6=-63)

(f(a_5)+f(a_6)=f(-31)+f(-63)=-f(31)-f(63)=-f(1)-f(0)=-f(1)=-f(-2)=3)

例14若对(forall x,yin R),都有(f(x+y)=f(x)+f(y)-2),则函数(g(x)=cfrac{2x}{x^2+1}+f(x))的最大值与最小值的和是多少?

法1:(特殊化法),构造函数(f(x)=2),则由于(f(x+y)=2)(f(y)=2),满足条件(f(x+y)=f(x)+f(y)-2),故构造的特殊函数(f(x)=2)满足题意,这样(g(x)=cfrac{2x}{x^2+1}+2)(g(x)+g(-x)=4),即函数(g(x))关于点((0,2))对称,那么(g(x)_{max}+g(x)_{min}=g(x_0)+g(-x_0)=4)

反思:若构造的函数是(f(x)=x+2)(f(x)=-x+2),此时函数(g(x))就无最值,题目有点漏洞了,这时可以将条件中的(R)改为([-a,a])

课件地址:https://www.desmos.com/calculator/swqxfmhpfz

法2:(抽象化法),由(f(x+y)=f(x)+f(y)-2),令(x=y=0),得到(f(0)=2);再令(y=-x),得到(f(0)=f(x)+f(-x)-2),即(f(x)+f(-x)=4),故函数(f(x))关于点((0,2))对称,又注意到函数的一部分(h(x)=cfrac{2x}{x^2+1})为奇函数,故(g(-x)+g(x)=h(-x)+f(-x)+h(x)+f(x)=[h(-x)+h(x)]+[f(x)+f(-x)]=4),即函数(g(x))关于点((0,2))对称,那么(g(x)_{max}+g(x)_{min}=g(x_0)+g(-x_0)=4)

例15已知函数(f(x))(R)上的奇函数且满足(f(x+1)+f(x)=0),且当(0<x<1)时,(f(x)=3^{x+1}),求(f(log_318)+f(4))的值;

分析:由(f(x+1)+f(x)=0)得到周期(T=2),又函数(f(x))(R)上的奇函数,故(f(4)=f(0)=0);而(2<log_318<3)

(f(log_318)=f(log_318-2)=f(log_318-log_39) =f(log_32)),又(0<log_32<1),故(f(log_32)=3^{log_32+1}=3^{log_32}cdot 3=6)

(f(log_318)+f(4)=6).

例16已知函数(f(x)=x^3-3x+3-cfrac{x}{e^x})(g(x)=-(x+1)^2+a)(exists x_1in [0,2])(forall x_2in [0,2]),使得(f(x_1)leq g(x_2))成立,则实数(a)的取值范围是多少?

分析:这是一个很典型的双变量函数问题,由题目可知需要(f(x_1)_{min}leq g(x_2)_{min}),由于函数(f(x))中不含有参数,故对双变量函数问题我们可以“花开两朵,先表一枝”,先探究求出函数(f(x_1))当$ x_1in [0,2]$上的最小值;

(f'(x)=3x^2-3-cfrac{1cdot e^x-xcdot e^x}{(e^x)^2}=3x^2-3-cfrac{1-x}{e^x}=3(x+1)(x-1)+cfrac{x-1}{e^x}=(x-1)[3(x+1)+cfrac{1}{e^x}]),此时([3(x+1)+cfrac{1}{e^x}]>0)

则有(xin (0,1))(f'(x)<0)(f(x)searrow)(xin (1,2))(f'(x)>0)(f(x) earrow);故(f(x)_{min}=f(1)=1-cfrac{1}{e})

到此,问题转化为(1-cfrac{1}{e}leq g(x))(forall x_2in [0,2])恒成立,这时我们在从容的“令表一枝”,自然你会想到看看能否分离参数。

变形为(age (x+1)^2+1-cfrac{1}{e}),令(h(x)=(x+1)^2+1-cfrac{1}{e}),对称轴是(x=-1)(h(x))在区间([0,2])上单调递增,

(h(x)_{max}=h(2)=10-cfrac{1}{e}),即$a ge 10-cfrac{1}{e} $.

例17已知实数(a,b)满足(4^a=a^b)(log_2^a=cfrac{a+2}{b}),则(ab)的值为多少?

分析:由(4^a=a^b),两边取常用对数得到,(alg4=blga ①)

(log_2^a=cfrac{a+2}{b}②),对数式化为指数式得到(2^{cfrac{a+2}{b}}=a)

代入①式得到(2alg2=blg2^{cfrac{a+2}{b}}=b imes cfrac{a+2}{b}lg2=(a+2)lg2),即(2a=a+2),得到(a=2),代入(4^a=a^b),得到(b=4),故(ab=8).

例18(f(x)=cfrac{3x-2}{2x-1}),则(f(cfrac{1}{11})+f(cfrac{2}{11})+f(cfrac{3}{11})+cdots+f(cfrac{10}{11}))的值是多少?

法1:结合要求解的条件,我们尝试求解(f(x)+f(1-x))的值,结果会发现:(f(x)+f(1-x)=3),故有(f(cfrac{1}{11})+f(cfrac{10}{11})=3);(f(cfrac{2}{11})+f(cfrac{9}{11})=3);等等,所以(f(cfrac{1}{11})+f(cfrac{2}{11})+f(cfrac{3}{11})+cdots+f(cfrac{10}{11})=5[f(cfrac{1}{11})+f(cfrac{10}{11})]=5 imes 3=15).

法2:将函数(f(x))化为部分分式为(f(x)=cfrac{3}{2}-cfrac{1}{2(2x-1)}),故函数(f(x))的对称中心是((cfrac{1}{2},cfrac{3}{2})),故根据函数的对称性的数学表达可以写出(f(x)+f(1-x)=3);故所求式等于(5 imes 3=15).

法3:本题目也可以说明倒序相加求和法。

例19(宝鸡中学第一次月考第15题)已知函数(f(x)=cfrac{x^2}{1+x^2}),则(2f(2)+2f(3)+cdots+2f(2017)+f(cfrac{1}{2})+f(cfrac{1}{3})+cdots+f(cfrac{1}{2017})+cfrac{1}{2^2}f(2)+cfrac{1}{3^2}f(3)+cdots+cfrac{1}{2017^2}f(2017))的值为多少?

分析:这类题目往往从研究函数的特殊性质入手,当然研究的切入点就是给定式子的结构,注意到自变量有(2)(cfrac{1}{2}),所以先探究(f(x)+f(cfrac{1}{x})),看看它的结果,由(f(x)+f(cfrac{1}{x})=1),可以将所求得式子一部分求值,其他部分变形为(f(2)+cfrac{1}{2^2}f(2)),故接下来探究(f(x)+cfrac{1}{x^2}f(x)=1),故整个题目可解了。

解:由(f(x)+f(cfrac{1}{x})=1)(f(x)+cfrac{1}{x^2}f(x)=1),可将所求式子变形得到:
(2f(2)+2f(3)+cdots+2f(2017)+f(cfrac{1}{2})+f(cfrac{1}{3})+cdots+f(cfrac{1}{2017})+cfrac{1}{2^2}f(2)+cfrac{1}{3^2}f(3)+cdots+cfrac{1}{2017^2}f(2017))
(={[f(2)+f(cfrac{1}{2})]+[f(3)+f(cfrac{1}{3})]+cdots+[f(2017)+f(cfrac{1}{2017})]}\+{[f(2)+cfrac{1}{2^2}f(2)]+[f(3)+cfrac{1}{3^2}f(3)]+cdots++[f(2017)+cfrac{1}{2017^2}f(2017)]})
(=2016+2016=4032).

例20【2017全国卷1文科第8题高考真题】函数(f(x)=cfrac{sin2x}{1-cosx})的部分图像大致为()

分析:函数(f(x)=cfrac{sin2x}{1-cosx})满足(f(-x)=-f(x)),故先能排除B,又(x ightarrow 0_+)(cosx ightarrow 1)(f(x) ightarrow +infty),故排除A;又(f(pi)=0),故排除D,因此应该选C.

例21【2017全国卷1文科第9题高考真题】已知函数(f(x)=lnx+ln(2-x)),则

A、(f(x))((0,2))单调递增 (hspace{4cm}) B、(f(x))((0,2))单调递减 (hspace{2cm})
C、(y=f(x))的图像关于直线(x=1)对称 (hspace{2cm}) D、(y=f(x))的图像关于点((1,0))对称

分析:由于函数(f(x))是复合函数,定义域要使(x>0,2-x>0),即定义域是((0,2)),又(f(x)=ln[x(2-x)]=ln[-(x-1)^2+1]),则由复合函数的单调性法则可知,在((0,1))上单增,在((1,2))上单减,故排除A,B;

例22若函数(y=f(x))关于点((1,0))对称,则函数(f(x))必然满足关系:(f(x)+f(2-x)=0)

若函数(y=f(x))关于直线(x=1)对称,则函数(f(x))必然满足关系:(f(x)=f(2-x))
课件验证

接下来我们用上述的结论来验证,由于(f(x)=lnx+ln(2-x))(f(2-x)=ln(2-x)+ln(2-(2-x))=ln(2-x)+lnx),即满足(f(x)=f(2-x)),故函数(y=f(x))的图像关于直线(x=1)对称,选C;再来验证D,发现(f(x)+f(2-x)=2[lnx+ln(2-x)] eq 0),D选项不满足。

例23【2017全国卷3文科第12题高考真题】已知函数(f(x)=x^2-2x+a(e^{x-1}+e^{-x+1}))有唯一零点,则(a)=

A、(-cfrac{1}{2}) (hspace{2cm}) B、(cfrac{1}{3}) (hspace{2cm}) C、(cfrac{1}{2}) (hspace{2cm}) D、 (1)

法1:【不易想到】由(f(x)=x^2-2x+a(e^{x-1}+e^{-x+1})),得到(f(2-x)=(2-x)^2-2(2-x)+a(e^{2-x-1}+e^{-(2-x)+1})=x^2-2x+a(e^{x-1}+e^{-x+1})),所以(f(2-x)=f(x)),故(x=1)是函数(f(x))图像的对称轴。

由题意可知,函数(f(x))有唯一的零点,故只能是(x=1),即(f(1)=1^2-2 imes1+a(e^{1-1}+e^{-1+1})=0),解得(a=cfrac{1}{2}),故选C.

(fbox{法2})我们一般这样转化,由函数(f(x))有唯一的零点,得到方程(x^2-2x=-a(e^{x-1}+e^{-x+1}))有唯一解,注意到方程的右端,我们可以和对勾函数做以联系

(x-1=t),则(x=t+1),故原方程就转化为((t+1)^2-2(t+1)=-a(e^t+e^{-t})),为了便于做出图像,还需要再代换,令(e^t=x),则(x>0)(t=lnx),这样方程就又转化为(ln^2x-1=-a(x+cfrac{1}{x})),在同一个坐标系中,分别做出函数(y=ln^2x-1)(y=-a(x+cfrac{1}{x}))的图像,由图像可知对勾函数前面的系数必须满足(-a=-cfrac{1}{2}),即(a=cfrac{1}{2}),故选C.

例24已知函数(f(x))是定义在([-1,1])上的奇函数,且(f(1)=1),当(x_1,x_2in [1,2]),且(x_1 eq x_2)时,有(cfrac{f(x_1)+f(x_2)}{x_1+x_2}>0),若(f(x)leq m^2-2am+1)对所有(xin [-1,1])(ain [-1,1])恒成立,则实数(m)的取值范围是______。

分析:用(-x_2)替换(x_2),得到(cfrac{f(x_1)+f(-x_2)}{x_1+(-x_2)}>0)

由于(f(x))是奇函数,得到(cfrac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}>0)

则可知,函数(f(x))是定义域上的增函数,

(f(x)_{max}=f(1)=1)

不等式(f(x)leq m^2-2am+1)对所有(xin [-1,1])(ain [-1,1])恒成立,

(m^2-2am+1ge 1)对所有(ain [-1,1])恒成立,

此时,变换主元得到,即(2ma-m^2leq 0)对任意(ain [-1,1])恒成立,

(g(a)=2ma-m^2),则只需要(left{egin{array}{l}{g(-1)=-2m-m^2leq 0}\{g(1)=2m-m^2leq 0}end{array} ight.)

解得(mleq -2)(mge 2)(m=0)

故所求(m)的取值范围为((-infty,-2]cup{0}cup[2,+infty))

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