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函数部分是高中数学教学的重点,也是高考的最爱。从平时的教学过程来看,学生对函数问题的解答很不到位,特别是对抽象函数问题更是无从着手,下面就关于抽象函数问题求解举出几例。
一、奇偶性问题
例1 f(x),g(x)都是定义域在R上的函数,对任意的x,y,有f(x+y)+f(x-y)=2f(x)g(y),若f(0)=0,但f(x)不恒为0,讨论f(x)、g(x)的奇偶性。
解:令x=0,则原等式为f(y)+f(-y)=0,故f(x)是奇函数.
再令y=-y,则原等式为f(x-y)+f(x+y)=2f(x)g(-y)①,又因f(x+y)+f(x-y)=2f(x)g(y)②,由①②得:f(x)g(-y)=f(x)g(y),又f(x)≠0,即g(-y)=g(y),故g(x)是偶函数.
评析:对判断“函数的奇偶性”问题,我们不但要从整体考虑,而且要恰当的选取特殊值,下面的例2也是如此。
例2 函数f(x)的定义域D={x|x≠0}且满足对任意x1、x2∈D有f(x1x2)=f(x1)+f(x2),试判断f(x)的奇偶性。
解:因为f(x1x2)=f(x1)+f(x2),令x1=x2=1,则f(1)=2f(1),解得f(1)=0;令x1=x2=-1,则f(1)=2f(-1),解得f(-1)=0.
再令x1=x,x2=-1,则f(-x)=f(x),故f(x)是偶函数.
二、单调性问题
例3 定义在R上的函数y=f(x),f(0)≠0,当x>0时f(x)>1且对任意的a、b都有f(a+b)=f(a)f(b)
(1)求证:f(0)=1.
(2)求证:对任意的x∈R,恒有f(x)>0.
(3)求证:f(x)是R上的增函数.
(4)如果f(x)f(2x-x2)>1,试求x的取值范围.
解:(1)令a=b=0,则原式为f(0+0)=f(0)f(0),解得f(0)=1或f(0)=0,由f(0)≠0,即f(0)=1.
(2)令a=b=■,则原式为f(x)=f(■+■)f(■)=f(■)=[f(■)]2≥0①,
对任意的a、b都有f(a+b)=f(a)f(b),所以f(0)=f(x-x)=f(x)f(-x),又由f(0)≠0,所以对任意的f(x)和f(-x)都有f(x)≠0.②,
综合①②得:对任意的x∈R恒有f(x)>0.
(3)设x1、x2∈R,且x1>x2,则x1-x2>0,由已知有f(x1-x2)>1,而■=■=■=f(x1-x2).③
由(2)知:对任意的x∈R,恒有f(x)>0.④
综合③④得:■>1,故f(x1)>f(x2),所以f(x)是R上的增函数.
(4)由f(x)f(2x-x2)>1,得f(3x-x2)>1,又因x>0时f(x)>1且f(x)为R上的增函数,所以有3x-x2>0,解得0<x<3.
评析:此题型是抽象函数问题中的最常见题型,解答这类题的本质还是要恰当的选取特殊值,再利用单调函数的性质对问题转化.
三、解析式问题
例4 已知函数f(x)对任意的x、y均有f(x+y)=f(x)+f(y)+2y(x+y)+1且f(1)=1,若x∈N*,试求f(x)的表达式.
解:令原式中y=1, 则有f(x+1)=f(x)+f(1)+2(x+1)+1,即有f(x+1)-f(x)=2(x+2),由于x∈N*,从而可以令x=1,x=2,x=3……得到下列等式:
f(2)-f(1)=2×3
f(3)-f(2)=2×4
f(4)-f(3)=2×5
……
f(x)-f(x-1)=2(x+1)
将上面的等式累加求和得:
f(x)-f(1)=2[3+4+5+……(x+1)]=2×■=(x+4)(x-1)
故f(x)=x2+3x-4.
评析:本题看是求函数解析式问题,但其实牵扯抽象函数,对此题解答就是对题目中的关系式进行挑战,然后可以利用累加求和,错位相减等方法来解答.
总之,要使“抽象函数问题”不抽象,用常规方法很难入手,但如果我们能通过对题目的信息分析研究,采用特殊的方法手段求解,就会有“山穷水复疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。
一、奇偶性问题
例1 f(x),g(x)都是定义域在R上的函数,对任意的x,y,有f(x+y)+f(x-y)=2f(x)g(y),若f(0)=0,但f(x)不恒为0,讨论f(x)、g(x)的奇偶性。
解:令x=0,则原等式为f(y)+f(-y)=0,故f(x)是奇函数.
再令y=-y,则原等式为f(x-y)+f(x+y)=2f(x)g(-y)①,又因f(x+y)+f(x-y)=2f(x)g(y)②,由①②得:f(x)g(-y)=f(x)g(y),又f(x)≠0,即g(-y)=g(y),故g(x)是偶函数.
评析:对判断“函数的奇偶性”问题,我们不但要从整体考虑,而且要恰当的选取特殊值,下面的例2也是如此。
例2 函数f(x)的定义域D={x|x≠0}且满足对任意x1、x2∈D有f(x1x2)=f(x1)+f(x2),试判断f(x)的奇偶性。
解:因为f(x1x2)=f(x1)+f(x2),令x1=x2=1,则f(1)=2f(1),解得f(1)=0;令x1=x2=-1,则f(1)=2f(-1),解得f(-1)=0.
再令x1=x,x2=-1,则f(-x)=f(x),故f(x)是偶函数.
二、单调性问题
例3 定义在R上的函数y=f(x),f(0)≠0,当x>0时f(x)>1且对任意的a、b都有f(a+b)=f(a)f(b)
(1)求证:f(0)=1.
(2)求证:对任意的x∈R,恒有f(x)>0.
(3)求证:f(x)是R上的增函数.
(4)如果f(x)f(2x-x2)>1,试求x的取值范围.
解:(1)令a=b=0,则原式为f(0+0)=f(0)f(0),解得f(0)=1或f(0)=0,由f(0)≠0,即f(0)=1.
(2)令a=b=■,则原式为f(x)=f(■+■)f(■)=f(■)=[f(■)]2≥0①,
对任意的a、b都有f(a+b)=f(a)f(b),所以f(0)=f(x-x)=f(x)f(-x),又由f(0)≠0,所以对任意的f(x)和f(-x)都有f(x)≠0.②,
综合①②得:对任意的x∈R恒有f(x)>0.
(3)设x1、x2∈R,且x1>x2,则x1-x2>0,由已知有f(x1-x2)>1,而■=■=■=f(x1-x2).③
由(2)知:对任意的x∈R,恒有f(x)>0.④
综合③④得:■>1,故f(x1)>f(x2),所以f(x)是R上的增函数.
(4)由f(x)f(2x-x2)>1,得f(3x-x2)>1,又因x>0时f(x)>1且f(x)为R上的增函数,所以有3x-x2>0,解得0<x<3.
评析:此题型是抽象函数问题中的最常见题型,解答这类题的本质还是要恰当的选取特殊值,再利用单调函数的性质对问题转化.
三、解析式问题
例4 已知函数f(x)对任意的x、y均有f(x+y)=f(x)+f(y)+2y(x+y)+1且f(1)=1,若x∈N*,试求f(x)的表达式.
解:令原式中y=1, 则有f(x+1)=f(x)+f(1)+2(x+1)+1,即有f(x+1)-f(x)=2(x+2),由于x∈N*,从而可以令x=1,x=2,x=3……得到下列等式:
f(2)-f(1)=2×3
f(3)-f(2)=2×4
f(4)-f(3)=2×5
……
f(x)-f(x-1)=2(x+1)
将上面的等式累加求和得:
f(x)-f(1)=2[3+4+5+……(x+1)]=2×■=(x+4)(x-1)
故f(x)=x2+3x-4.
评析:本题看是求函数解析式问题,但其实牵扯抽象函数,对此题解答就是对题目中的关系式进行挑战,然后可以利用累加求和,错位相减等方法来解答.
总之,要使“抽象函数问题”不抽象,用常规方法很难入手,但如果我们能通过对题目的信息分析研究,采用特殊的方法手段求解,就会有“山穷水复疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。