高三数学下册课时精练测试19
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抽象函数综合题的解题策略
重庆慕泽刚
只给出函数符号或条件及一些间接关系,而没有给出函数的具体解析式或者图象,这样的函数称为抽象函数.这类试题,主要以函数的概念和性质为背景,以函数与方程、转化与化归、数形结合等数学思想为主线,以考查学生的各种能力为目的,在知识网络交汇处设计试题.此类试题往往具有概念抽象、隐蔽性与灵活性强、综合性高的特点,因此它既能考查函数的各种性质,又能考查学生对数学语言的阅读理解和转译能力,同时能考查出考生进入高校继续学习的潜能,因此在此有必要对抽象函数综合题的求解策略进行探讨.
一、适当赋值
赋值主要从以下方面考虑:①令x=…,﹣2,﹣1,0,1,2,…
等特殊值求抽象函数的函数值;②令x=x2,y=x1或y=1
x1,且x1<x2,判定抽象函数的单调性;③令y=﹣x,判定抽象函数的奇偶性;④换
x为x+T,确定抽象函数的周期;⑤用x=x
2+
x
2或换x为
1
x等来解答有关
抽象函数的其它一些问题.
例1 已知函数的定义域为R,对任意x、y满足f(x+y)=f(x)+f(y),当x>0时,f(x)>0.试判断f(x)的奇偶性和单调性.
分析:在f(x+y)=f(x)+f(y)中,令x=y=0,得f(0)+f(0)=0,∴f(0)=0,又令y=﹣x,f(x)+f(﹣x)=f(x﹣x)=f(0)=0,即f(﹣x)=﹣f(x),∴f(x)
是奇函数,
再设x1、x2∈R,且x1<x2,且在f(x+y)=f(x)+f(y)中,令x=x2,y=﹣x1,则f(x2﹣x1)=f(x2)+f(﹣x1)
由f(x)是奇函数得,f(x2)﹣f(x1)=f(x2)+f(-x1)=f(x2﹣x1),
∵x2﹣x1>0,∴f(x2﹣x1)>0,从而f(x2)>f(x1),∴f(x)在(﹣∞.+∞)上是增函数.
二、变量代换
根据题设条件中所给等式或不等式的结构特点及欲证的结论,将题中的某些量替换为的需要的量(要注意新换的变量的取值范围,要与原题设条件等价),可以得到较为简单的等式或不等式,然后再设法作进一步的转化从中获解,
例2 已知函数f(x)存在反函数且f(x)+f(﹣x)=2,则f-1(x﹣1)+f-1(3﹣x)=________.
分析:本题无法直接求出f-1(x),若将已知等式左边看成两个函数,利用变量代换,则有如下简解:
令y1=f(x),y2=f(﹣x),则x=f-1(y1),﹣x=f-1(y2),且当y1+y2=2时,有f-1(y1)+f-1(y2)=x﹣x=0,
∵(x﹣1)+(3﹣x)=2,∴f-1(x﹣1)+f-1(3﹣x)=0.
三、利用函数性质
根据题目所给的条件,分析、探求函数具有哪些特殊的性质,比
如:函数的单调性、奇偶性、周期性、对称性等等,然后充分利用这些性质进行求解.
例3 f(x)是定义在R上的函数,且满足如下两个条件:①对
于任意x,y∈R,有f(x+y)=f(x)+f(y);②当x>0时,f(x)<0,且f(1)=
﹣2.求函数f(x)在[﹣3,3]上的最大值和最小值.
分析:设0≤x1≤x2≤3,由条件①得f(x2)=f[(x2﹣x1)+x1]=f(x2﹣
x1)+f(x1),即f(x2﹣x1)=f(x2)﹣f(x1),
∵x2﹣x1>0,由条件②得f(x2﹣x1)<0,∵f(x2)﹣f(x1)<0,即f(x2)
<f(x1),∴f(x)在[0,3]上是减函数,
在条件①中令x=y=0,则f(0+0)=f(0.)+f(0),∴f(0)=0.
再令x=﹣y,得f(x﹣x)=f(x)+f(﹣x),∴f(﹣x)=﹣f(x),∴f(x)是
奇函数,
∴f(x)在[﹣3,0]上是减函数,
又∵当x<0时f(x)=﹣f(﹣x)>0,从而f(x)在[﹣3,3]上是减函数,
∴f(x)m a x=f(﹣3)=﹣f(3)=﹣f(1+2)=﹣f(1)﹣f(2)=﹣f(1)﹣f(1)﹣
f(1)=﹣3f(1)=6,
f(x)m i n=f(3)=﹣f(﹣3)=﹣6.
例4 已知函数f(x)=a x5+bsi nx+3,且f(﹣3)=7,求f(3)的值.
解析:f(x)的解析式中含有两个参数a、b,却只有一个条件f(﹣3)=7,无法确定出a、b的值,因此函数f(x)(解析式不确定)是抽象
函数,注意到g(x)=a x5+bsi nx=f(x)﹣3是奇函数,可得g(﹣3)=﹣g(3),即f(﹣3)﹣3=﹣[f(3)﹣3],f(3)=6﹣f(﹣3)=﹣1.
四、正难则反
当关于某些抽象函数的命题不易从正面直接证明时,可采用反证法,它往往需结合其它一些求解策略,而此法是处理“是否存在”型函数综合题的常用方法.
例5 已知函数f(x)在区间(﹣∞,+∞)上是增函数,a、b∈R,(1)求证:若a+b≥0,则f(a)+f(b)≥f(﹣a)+f(﹣b);(2)判断(1)中命题的
逆命题是否正确,并证明你的结论.
证明:(1)由a+b≥0,得a≥﹣b ,
由函数f (x )在区间(﹣∞,+∞)上是增函数,得f (a)≥f (﹣b),同理,f (b)≥f (﹣a),
∴f (a)+f (b)≥f (﹣b)+f (﹣a),即f (a)+f (b)≥f (﹣a)+f (﹣b).
(2)中命题的逆命题是:若f (a)+f (b)≥f (﹣a)+f (﹣b),则a+b≥0,此逆命题为真命题,
现用反证法证明如下:
假设a+b≥0不成立,则a+b <0,a <﹣b ,b <﹣a ,
根据单调性,得f (a)<f (﹣b),f (b)<f (﹣a),f (a)+f (b)<f (﹣a)+f (﹣b),
这与已知f (a)+f (b)≥f (﹣a)+f (﹣b)相矛盾,故a+b <0不成立,
即a+b≥0成立,因此(1)中命题的逆命题是真命题.
五、利用模型函数探路
抽象型函数问题的设计或编拟,常以某个基本函数为模型,在解题前,若能从研究的抽象函数的“模型”入手,根据已知条件,寻找其模型函数,通过分析、研究其图象及性质,找出问题的解法或证法.
例6 已知定义域为R +的函数f (x )满足:(1)x >1时,f (x )<0;(2)f (12)=1;(3)对任意的x ,y ∈R +,都有f (xy )=f (x )+f (y ).求不等式f (x )+f (5﹣x )≥﹣2的解集.
解析:由题设(3)知f (x )以y =log a x 为模型函数,由题(1)知0<a <
1,从而y =log a x 在(0,+∞)上为减函数,故本题可先证f (x )在(0,+∞)上为减函数为突破口.
设0<x 1<x 2,则x 2x 1
>1,且由f (xy )=f (x )+f (y ),得f (x 2)=f (x 2x 1·x 1)=f (x 2x 1
)+f (x 1), 又由条件x >1时,f (x )<0,得f (x 2x 1
)<0,∴f (x 2)<f (x 1),∴f (x )在R +上为减函数,
又由f (1)=f (1)+f (1),得f (1)=0,又f (12)=1,∴f (2·12)=f (2)+f (12)=0,
∴f (2)=﹣1,
∴f (x )+f (5﹣x )≥﹣2=2f (2)=f (4),于是⎩⎪⎨⎪⎧ 0<x <5x(5﹣x)≤4
,解得0<x ≤1或4≤x <5,
∴解集为x ∈(0,1]∪[4,5).
六、数形结合
根据题目所给的函数的有关的性质和背景,作出大致符合条件的函数的图象,再根据图象的直观性作出正确解答.
例7 若f (x )为奇函数,且在(﹣∞,0)内是增函数,又f (﹣2)=0,则xf (x )<0的解集为( )
A.(﹣2,0)∪(0,2)
B.(﹣∞,﹣2)∪(0,2)
C.(﹣∞,﹣2)∪(2,+∞)
D.(﹣2,0)∪(2,+∞) 解析:本题可根据题设条件先作出函数f (x )在(﹣∞,0)内的大致
图象,如图,由对称性(奇函数的图象关于原点对称)及单调性(在(﹣∞,0)内是增函数)得出f(x)在(0,+∞)的图象,如图所示.
∵f(x)为奇函数,且,f(﹣2)=0,∴f(2)=0.由图象可
知:
当﹣2<x<0时,f(x)>0,∴xf(x)<0;当0<x<2时,
f(x)<0,∴xf(x)<0.
故不等式xf(x)<0的解集为(﹣2,0)∪(0,2),选A.。