赋值法

前言

赋值法是高中数学中比较常用的一种方法,使用“赋值法”的数学素材和知识点,散落在高中数学的几乎各个章节中,现对其进行整理,以便于学习。比如学习函数时可以赋值法给出单调性,奇偶性,周期性等,求函数的值。

理论依据

比如给定(R)上的函数(f(x)),满足条件(f(x+y)=f(x)+f(y)),则我们就可以令(x=1,y=1),得到(f(2)=f(1)+f(1)=2f(1));当然也可以令(x=1,y=0),得到(f(1)=f(1)+f(0)),从而得到(f(0)=0),实际上由于是(R)上的函数(f(x)),那么我们给(x、y)任意赋值都是合理的,这样就能得到无穷个等式,但是我们解题不需要这么多,只需要有针对性的一两个,所以我们其实是有目的的赋值的,那么到底该怎么赋值呢,这要结合具体题目来分析,需要一定的数学素养。以下为涉及到的数学素材:

判断抽象函数性质

例1-单调性如定义在(R)上的函数(f(x))满足(f(x+y)=f(x)+f(y)),且(x >0)时,(f(x)<0),判定函数单调性。

分析:令(x_1> x_2),则(x_1-x_2>0),故(f(x_1-x_2)<0)

则有$ f(x_1) = f(x_1-x_2+x_2) = f(x_1-x_2)+f (x_2) < f( x_2) $,

故函数(f(x))(R)上单调递减。

例2-奇偶性已知函数(f(x))满足(f(1)=cfrac{1}{2}),且(f(x+y)+f(x-y)=2f(x)f(y)),判断函数的奇偶性;

分析:令(x=y=0),则有(2f(0)=2f^2(0)),得到(f(0)=0或f(0)=1)

再令(x=1,y=0),则有(2f(1)=2f(1)f(0)),得到(f(0)=1)

又题目已知(f(1)=cfrac{1}{2})

若令(x=0),则得到(f(y)+f(-y)=2f(0)f(y)=2f(y))

所以(f(-y)=f(y)),可知函数是偶函数。

例3-周期性比如已知定义在(R)上的函数满足(f(x+6)=f(x)+f(3)),且函数(f(x))是偶函数,试判断函数的周期性。

分析:由于(f(x+6)=f(x)+f(3))

(x=-3),则(f(-3+6)=f(-3)+f(3))

(f(-3)=0),又由于(f(-x)=f(x))

则有(f(-3)=f(3)=0),那么原式变为

(f(x+6)=f(x)),即(T=6)

引申:已知(f(x+6)=f(x)+nf(3)(nin N^*)),再加上(f(x))是偶函数,(Longrightarrow T=6)

提示:用赋值法,令(x=-3)(f(-3+6)=f(-3)+nf(3))推出(f(3)=0)

从而(f(x+6)=f(x),)(T=6)

例4-对称性已知函数(f(x)=cfrac{2^x}{1+acdot 2^x}(ain R))的图像关于点((0,cfrac{1}{2}))对称,则(a=)_______。

分析:由题目可知,(f(x)+f(-x)=1)

法1,定义法,对定义域内的任意(x),必须恒有(f(x)+f(-x)=1),由((a-1)[2^{2x}+(a-1)2^x+1]=0)恒成立,故必须(a-1=0),从而得到(a=1)

法2,赋值法,比如(f(0)+f(-0)=1),变形为(cfrac{2}{1+a}=1),得到(a=1),当然这个方法要注意定义域。

抽象函数求值

例5【2019届高三理科函数的奇偶性周期性课时作业第13题】设定义在(R)上的函数(f(x))同时满足以下条件:

(f(x)+f(-x)=0);②(f(x)=f(x+2));③当(0leq x<1)时,(f(x)=2^x-1)

(f(cfrac{1}{2})+f(1)+f(cfrac{3}{2})+f(2)+f(cfrac{5}{2}))的值是_________。

分析:由①知,函数为奇函数,在利用③先做出([0,1))上的图像,

再利用奇函数,做出((-1,0])上的图像,一个周期基本完成,就差端点值(f(-1))(f(1))的值未确定;

难点是求(f(1))的值,可以通过以下几个思路求解,

法1:图像法,假设(f(1)=cfrac{1}{2}),则(f(-1)=-cfrac{1}{2}),奇偶性是说的通的,

但是周期性不满足,因为向右平移一个周期后,元素(1)对应(cfrac{1}{2}),还对应(-cfrac{1}{2})

出现了一对多,不是函数了,故只能有(f(1)=0),即也有(f(-1)=0)

这样在一个周期上奇偶性和周期性都是满足的。

法2:题中没有明确告诉,但是由①②可知,

(f(x+2)=-f(-x)),即(f(x+2)+f(-x)=0),即对称中心是((1,0))

这时要么函数在((1,0))处没有定义,这个不满足题意;

要么必有(f(1)=0),则(f(-1)=0);其余就好处理了。

法3:赋值法,由(f(x)+f(-x)=0),令(x=1),得到(f(1)+f(-1)=0)①,

(x=-1),由(f(x)=f(x+2))得到,(f(-1)=f(1))②,

故有(f(1)=f(-1)=0)

在此基础上,做出函数的大致图像,可知(f(1)=f(2)=f(0)=0)

(f(cfrac{3}{2})+f(cfrac{5}{2})=0)(f(cfrac{1}{2})=sqrt{2}-1)

(f(cfrac{1}{2})+f(1)+f(cfrac{3}{2})+f(2)+f(cfrac{5}{2})=sqrt{2}-1)

例6周期性给定(f(x+2)=f(x)),则可知函数(f(x))的周期为(T=2),那么给定(f(x-1)=f(x+1)),给其中的(x)赋值(x+1),变换得到(f(x)=f(x+2)),也说明(f(x-1)=f(x+1))刻画的是周期性,且周期为(T=2)

练习:①(f(x+1)=f(x+5)),则(T=4),说明:给其中的(x)赋值(x-1),得到(f(x)=f(x+4)),则(T=4)

(f(2-x)=f(4-x)),则(T=2),说明:给其中的(x)赋值(-x),得到(f(x+2)=f(x+4)),给其中的(x)赋值(x-2),得到(f(x)=f(x+2)),则(T=2)

(f(x+a)=f(x+b)(a<b)),则(T=b-a),说明:给其中的(x)赋值(x-1),得到(f(x)=f(x+4)),则(T=4)

求函数的解析式

例6已知定义在(R)上的函数(f(x))满足条件(f(x-y)=f(x)-y(2x-y+1)),且(f(0)=1),求(f(x))的解析式;

分析:令(y=x),代入原式得到(f(x-x)=f(x)-x(2x-x+1))

(f(0)=f(x)-x(x+1))

(f(x)=x^2+x+1)

  • 函数(f(x))对一切实数(x、y)均有(f(x+y)-f(y)=x(x+2y+1))成立,且(f(1)=0).求函数(f(x))的解析式.

分析:注意到(f(1)=0),故令(y=1),代入原式得到(f(x+1)-f(1)=x(x+2 imes +1)=x^2+3x)

(f(x+1)=x^2+3x),令(x+1=t),则(x=t-1),代入上式,得到(f(t)=(t-1)^2+3(t-1)=t^2+t-2)

(f(x)=x^2+x-2)

  • 已知函数(f(x)=x^2+2f'(2)cdot x+1),求函数的解析式(f(x)).

分析:给原式两边同时求导,可得(f'(x)=2x+2f'(2))

再令(x=2)得到(f'(2)=4+2f'(2)),解得(f'(2)=-4),可知(f(x)=x^2-8x+1)

  • 已知函数(f(x)=1+f(cfrac{1}{2})cdot log_2x),求函数(f(x))的解析式及(f(2))的值。

分析:令(x=cfrac{1}{2}),则(f(cfrac{1}{2})=1+f(cfrac{1}{2})cdot log_2cfrac{1}{2})

(f(cfrac{1}{2})=1-f(cfrac{1}{2})),解得(f(cfrac{1}{2})=cfrac{1}{2})

故所求解析式为(f(x)=1+cfrac{1}{2}log_2x)

(f(2)=1+cfrac{1}{2}=cfrac{3}{2})

数列中求通项公式

例7(a_{n+m}=a_ncdot a_m)(a_1=2),求通项公式(a_n)

(m=1)得到(a_{n+1}=a_ncdot a_1=a_1cdot a_n)

(cfrac{a_{n+1}}{a_n}=a_1=2)

不就是等比数列嘛;故(a_n=2cdot 2^{n-1}=2^n)

  • (a_{n+m}=a_n+ a_m)(a_1=2),求通项公式(a_n)

(m=1)得到(a_{n+1}=a_n+ a_1)

(a_{n+1}-a_n=a_1=2),不就是等差数列嘛;

(a_n=2+(n-1) imes 2=2n)

  • 等差数列({a_n})(a_n>0),且数列({cfrac{1}{a_na_{n+1}}})的前(n)项和为(cfrac{n}{2(n+2)}),求数列({a_n})的通项公式;

分析:当(n=1)时,(cfrac{1}{a_1a_2}=cfrac{1}{2 imes3}=cfrac{1}{6})①;

(n=2)时,(cfrac{1}{a_1a_2}+cfrac{1}{a_2a_3}=cfrac{2}{2 imes4}=cfrac{1}{4})②;

①-②得到(cfrac{1}{a_2a_3}=cfrac{1}{12})

则有(a_1cdot (a_1+d)=6)③;((a_1+d)(a_1+2d)=12)④,

由③④解得(a_1=2)(d=1);故(a_n=n+1)

例5【高三理科用题】已知(f(x))是定义在(R)上不恒为零的函数,对于任意的(x,yin R)都有(f(xy))(=xf(y))(+yf(x))成立,数列({a_n})满足(a_n=f(2^n)(nin N^*))(a_1=2),则数列({a_n})的通项公式(a_n)=______________.

法1:【迭代递推】

(a_1=f(2^1)=2),即(f(2)=2)

(a_n=f(2^n)=f(2cdot2^{n-1})=2f(2^{n-1})+2^{n-1}f(2))

(=2^1cdot f(2^{n-1})+2^ncdot 1=2[2f(2^{n-2})+2^{n-2}f(2)]+2^ncdot 1)

(=2^2cdot f(2^{n-2})+2^ncdot 2)

(=2^3cdot f(2^{n-3})+2^ncdot 3)

(=2^4cdot f(2^{n-4})+2^ncdot 4)

(=2^{n-1}cdot f(2^1)+2^n cdot (n-1)=ncdot 2^n)

法2:【赋值法】

由题目(a_n=f(2^n))可知,(a_{n+1}=f(2^{n+1})),且(a_1=f(2)=2)

由于对任意的(x,yin R)都有(f(xy))(=xf(y))(+yf(x))成立,

(x=2^n)(y=2),则有(f(2^{n+1})=f(2^ncdot 2)=2^nf(2)+2f(2^n))

(a_{n+1}=2a_n+2 imes 2^n),即(a_{n+1}=2a_n+2^{n+1})

接下来两边同时除以(2^{n+1}),得到

(cfrac{a_{n+1}}{2^{n+1}}=cfrac{a_{n}}{2^{n}}+1)

则数列({cfrac{a_n}{2^n}})是首项为(1),公差为(1)的等差数列,

则有(cfrac{a_n}{2^n}=1+(n-1) imes 1=n)

即所求通项公式为(a_n=ncdot 2^n)

不等式大小比较

例8(0< b < a <1),则下列不等式成立的是【】

$A.ab < b^2 < 1$ $B.log_frac{1}{2}b < log_frac{1}{2}a <0$ $C.2b < 2a < 2$ $D.a^2 < ab <1$

A、(ab < b^2<1;;;;;) B、(log_frac{1}{2}b < log_frac{1}{2}a <0;;;;;) C、(2b < 2a < 2;;;;;) D、(a^2 < ab <1;;;;;)

【法1】不等式性质法,此处略。

【法2】赋值法,由题设令(b=cfrac{1}{4})(a=cfrac{1}{2})

对选项A而言,(ab=cfrac{1}{2} imes cfrac{1}{4}=cfrac{1}{8})(b^2=cfrac{1}{4} imes cfrac{1}{4}=cfrac{1}{16})(cfrac{1}{8}>cfrac{1}{16}), 故A错;

对选项B而言,(log_frac{1}{2}b=log_frac{1}{2} cfrac{1}{4}=2>0),故B错;

对选项D而言,(a^2=(cfrac{1}{2})^2=cfrac{1}{4}) ; $ ab=cfrac{1}{2} imes cfrac{1}{4}=cfrac{1}{8}< a^2$,故D错;

故选C。

例8-1(xin (e^{-1},1))(a=lnx)(b=(cfrac{1}{2})^{lnx})(c=e^{lnx}),则其大小关系为__________。

分析:借助赋值法,令(x=cfrac{1}{2}),则可知(b=(cfrac{1}{2})^{lnx}>1)(a=lnx<0)(c=e^{lnx}=cfrac{1}{2}),故大小关系为(b>c>a)

二项式系数求和

例9-((1+x)(a-x)^6=a_0+a_1x+a_2x^2+cdots+a_7x^7),其中(a=int_0^{pi}(sinx-cosx)dx)

(a_0+a_1+a_2+cdots+a_6)的值为__________.

分析:先求得(a=(-cosx-sinx)|_0^{pi}=2)

代入已知表达式,再赋值(x=1)

得到(a_0+a_1+a_2+cdots+a_6+a_7=(1+1)(2-1)^6=2)

(C_6^6cdot 2^0cdot (-x)^6cdot x=x^7),故(a_7=1)

从而解得(a_0+a_1+a_2+cdots+a_6=1).

二项式定理将赋值法的使用发挥到了极致。

相关链接:1、二项式定理; 2、二项式定理的相关习题;

集合的关系判断

例10已知集合(M={xmid x=cfrac{k}{2}+cfrac{1}{4},kin Z })(N={xmid x=cfrac{k}{4}+cfrac{1}{2},kin Z }),则两个集合的关系是【】

$A. Nsubsetneqq M$ $B. Msubsetneqq N$ $C. M= N$ $D. Mcap N=varnothing $

分析:【法1】赋值法,由于(kin Z),故我们给(k)赋值(cdots,-2,-1,0,1,2,cdots),这样就分别得到了两个无限集合了。

(M={cdots,-cfrac{3}{4},-cfrac{1}{4},cfrac{1}{4},cfrac{3}{4},cfrac{5}{4},cfrac{7}{4},cdots,}),元素之间的间隔为(cfrac{2}{4}=cfrac{1}{2}),元素少

(N={cdots,-cfrac{1}{4},0,cfrac{1}{4},cfrac{2}{4},cfrac{3}{4},cfrac{4}{4},cdots,}),元素之间的间隔为(cfrac{1}{4}),元素多

这样我们就很容易发现关系为(Msubsetneqq N),故选(B)

【法2】数列法,如果我们经常将数列当成函数来理解,那么我们可以看到,两个无限集合可以看成数列

集合(M)的元素可以看成公差为(cfrac{1}{2}),其中某一项为(cfrac{1}{4})的无穷等差数列,

(N)的元素可以看成公差为(cfrac{1}{4}),其中某一项为(cfrac{1}{2})的无穷等差数列,

我们画两条平行的数轴,在上面依照两个集合的元素取点时,就会发现关系为(Msubsetneqq N),故选(B)

三角函数

例11已知(f(x)=2Acos^2(omega x+phi)(A>0,omega>0,0<phi<cfrac{pi}{2})),直线(x=cfrac{pi}{3})和点((cfrac{pi}{12},0))

分别是函数(f(x))图象上相邻的一条对称轴和一个对称中心,求函数(f(x))的解析式。

分析:由(f(x)=2Acos^2(omega x+phi)=A[cos2(omega x+phi)+1]-A=Acos(2omega x+2phi))

故其周期为(T=cfrac{2pi}{2omega}=cfrac{pi}{omega})

又由题目可知(cfrac{T}{4}=cfrac{pi}{3}-cfrac{pi}{12}=cfrac{pi}{4}),则(T=pi=cfrac{pi}{omega})

(omega=1),则函数简化为(f(x)=Acos(2x+2phi)),再利用直线(x=cfrac{pi}{3})是函数(f(x))图象上的一条对称轴,

(2 imes cfrac{pi}{3}+2phi=kpi,(kin Z)),解得(phi=cfrac{kpi}{2}-cfrac{pi}{3})

(k=1),则(phi=cfrac{pi}{6}in (0,cfrac{pi}{2})),满足题意,

(f(x)=Acos(2x+2phi)=Acos(2x+cfrac{pi}{3})).

抽象函数不等式

例12【2019届宝鸡中学高三文科第一次月考第22题】设函数(f(x))是增函数,对于任意(x,yin R)都有(f(x+y)=f(x)+f(y))

(1)求(f(0))

分析:考查赋值法,令(x=y=0),得到(f(0+0)=f(0)+f(0)),即(f(0)=0)

(2)证明函数(f(x))是奇函数;

分析:由题目可知,定义域关于原点对称,

(y=-x),代入已知得到(f(x-x)=f(x)+f(-x)),即(f(x)+f(-x)=0)

(f(-x)=-f(x)),故函数(f(x))是奇函数;

(3)解不等式(cfrac{1}{2}f(x^2)-f(1-x) <cfrac{1}{2}f(3x))

分析:先将已知变形为(f(x^2)-2f(1-x) < f(3x))

再变形为(f(x^2)-f(3x)< 2f(1-x))

(提示:上式变形的最终形式应该是(f(M) < f(N))的形式,为此需要将(-f(3x))变形,需要将(2f(1-x))变形)

由于任意(x,yin R)都有(f(x+y)=f(x)+f(y))

(x=y),得到(f(2x)=f(x)+f(x)=2f(x)),应用到题目中,有(2f(1-x)=f(2-2x))

(-f(x)=f(-x)),应用到题目中,有(-f(3x)=f(-3x))

(f(x^2)-f(3x)<2f(1-x))可以再次变形,得到

(f(x^2)+f(-3x)< f(2-2x)),即(f(x^2-3x)< f(2-2x))

由于函数(f(x))(R)上的增函数,故由单调性有

(x^2-3x< 2-2x),即(x^2-x-2<0)

解得(-1< x <2),即解集为(xin (-1,2))

例13【2019届高三理科教学资料用题】函数(f(x))对任意的(m,nin R),都有(f(m+n)=f(m)+f(n)-1),并且(x>0),恒有(f(x)>1)

(1)求证:(f(x))(R)上是增函数;

证明:设(x_1,x_2in R),且(x_1 < x_2),则(x_2-x_1 >0)

由题目当(x >0),恒有(f(x) >1),则(f(x_2-x_1)>1)

(f(x_2)=f[(x_2-x_1)+x_1]=f(x_2-x_1)+f(x_1)-1)

(f(x_2)-f(x_1)=f(x_2-x_1)-1>0)

(f(x_1)< f(x_2)),即(f(x))(R)上是增函数;

(2)若(f(3)=4),解不等式(f(a^2+a-5)<2)

分析:(m,nin R),都有(f(m+n)=f(m)+f(n)-1)

(m=n=1),则(f(1+1)=f(1)+f(1)-1),即(f(2)=2f(1)-1)

又由已知(f(3)=4),即(4=f(2+1)=f(2)+f(1)-1)

(3f(1)-2=4),即(f(1)=2),也即(2=f(1))

(f(a^2+a-5)<2=f(1)),又(f(x))(R)上是增函数;

则有(a^2+a-5<1),解得(ain (-3,2))

【解后反思】:解抽象函数不等式的一般步骤:

①(定性)确定函数(f(x))在给定区间上的单调性;

②(转化)将抽象函数不等式转化为(f(M) < f(N))的形式;

③(脱去(f))利用单调性去掉函数符号(large{f}),转化为一般的不等式(组);

④(求解)求解上述的不等式组;

⑤(反思)反思回顾,查看关键点,易错点及解题规范。OK!

公式证明中

①由(cos(alpha-eta)=cosalphacdot coseta+sinalphacdot sineta),用(-eta)替换(eta),或者给(eta)赋值(-eta)

得到(cos(alpha+eta)=cosalphacdot coseta-sinalphacdot sineta)

②由(sin(alpha+eta))推导(sin(alpha-eta))

③由(f(x+4)=f(-x))等价于(f(x+3)=f(-x+1))

④由(a^3+b^3)推导(a^3-b^3)

正态分布中

例3【2015·高考湖北卷】设(Xsim N(mu_1,sigma_1^2))(Ysim N(mu_2,sigma_2^2)),这两个正态分布密度曲线如图所示.下列结论中正确的是【】

$A.P(Yge mu_2)ge P(Yge mu_1)$
$B.P(Xleq sigma_2)ge P(Xleq sigma_1)$
$C$.对任意实数$t$,$P(Xleq t)ge P(Yleq t)$
$D$.对任意实数$t$,$P(Xge t)ge P(Yge t)$

(A.P(Yge mu_2)ge P(Yge mu_1))

(B.P(Xleq sigma_2)ge P(Xleq sigma_1))

(C).对任意实数(t)(P(Xleq t)ge P(Yleq t))

(D).对任意实数(t)(P(Xge t)ge P(Yge t))

分析:根据正态密度曲线可知,(mu_1<mu_2)(sigma_1<sigma_2)

则有(P(Yge mu_2)< P(Yge mu_1)),故(A)错; 且有(P(Xleq sigma_2)< P(Xleq sigma_1)),故(B)错;

(C)选项而言,不妨赋值,设(t=mu_1),由图可知,必有(P(Xleq t)ge P(Yleq t)),故(C)正确;

(D)选项而言,不妨赋值,设(t=mu_1),由图可知,必有(P(Xge t)< P(Yge t)),故(D)错误;

综上所述,选(C)

原文地址:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/8845892.html