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【摘要】求解抽象型函数问题的解题思想,常需将几种解题思想综合运用,“多管齐下”.对于用常规解法难以解决的数学问题,若利用一些特殊的数学思想方法求解,有时会收到事半功倍的效果.对抽象型函数问题的解题思想的探求,可以提高学生的解题能力,培养学生思维的灵活性,从而达到创新思维能力的培养.
【关键词】赋值;构造;分类讨论;类比联想;归纳猜想
1.合理赋值,构造方程
例1 是否存在函数f(x)同时满足下列三个条件:(1)f(x+y)+f(x-y)=2f(x)cosy(x,y∈R);(2)f(0)=a(a为常数);(3)fπ2=b(b为常数)?若存在,求f(x)的表达式;若不存在,请说明理由.
分析 条件(1)中x,y的任意性,隐含着x,y既可“换元”,又可“赋值”,结合条件(2)和(3),可望构造出函数方程组,从而求得函数表达式.
令x=0,y=t,得f(t)+f(-t)=2acost.①
令x=π2+t,y=π2,得f(π+t)+f(t)=0.②
令x=π2,y=t+π2,得f(π+t)+f(-t)=-2bsint.③
将①+②-③,得f(x)=acost+bsint,故存在f(x)=acost+bsint符合题意.
2.挖掘隐含,分类讨论
例2 设f(x)是定义在(-∞,+∞)上的增函数,问是否存在实数k,使不等式f(k+sin2x)≥f[(k-4)(sinx+cosx)]对任意x∈R恒成立?并说明理由.
分析 令sinx+cosx=t,则sin2x=t2-1,原不等式对一切x∈R恒成立,等价于不等式μ(t)=t2-(k-4)t+(k-1)≥0对任意t∈[-22,22]恒成立,下列分三种情况讨论:
(1)当Δ<0时,μ(t)≥0,对t∈[-22,22]恒成立,由Δ=(k-4)2-4(k-1)=(k-2)(k-10)<0,得2<k<10.
(2)当Δ=0时,k=2或k=10,此时抛物线t2-(k-4)t+(k-1)的顶点横坐标t=-1或t=3,μ(t)≥0对任意t∈[-22,22]恒成立.
(3)当Δ>0时,μ(t)≥0对任意t∈[-22,22]恒成立的充要条件是:
Δ>0,
k-42<-22,
μ(-22)≥0.①
或Δ>0,
k-42>22,
μ(22)≥0.②
解①②,得10<k<9+522,综合(1)(2)(3)得k的取值范围是[2,9+522].
3.剖析特例,类比联想
例3 设函数f(x)定义在实数集上,对任意x,y∈R,都有f(x+y)+f(x-y)=2f(x)f(y),且存在正数c,使fc2=0,试问:f(x)是否是周期函数?若是,求出它的一个周期;若不是,请说明理由.
分析 由于问题较抽象,不易发现f(x)是否为周期函数,更难找出它的一个周期.若特殊探路,降维思考,联想三角公式,不难发现函数f(x)=cosx满足题设条件,因为f(x)=cosx是周期为2π的函数,且cosπ2=0,故推测f(x)是以2c为周期的周期函数.事实上fx+c2+c2+fx+c2-c2=2fx+c2fc2=0,∴f(x+c)=-f(x),∴f(x+2c)=-f(x+c)=f(x)(x∈R).
4.正难则反,逆推反正
例4 已知函数f(x)在区间(-∞,+∞)上是增函数,a,b∈R,若f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b),求证:a+b≥0.
分析 欲证上述命题,正向推理,不易用上题设条件,转而逆思考.若a+b<0,则a<-b,b<-a,据单调性f(a)<f(-b),f(b)<f(-a),从而f(a)+f(b)<f(-a)+f(-b),这与已知矛盾,∴a+b<0不成立,即a+b≥0.
5.恰用递推,归纳猜想
例5 是否存在这样的函数f(x),使下列三个条件:(1)f(x)>0(n∈N);(2)f(n1+n2)=f(n1)f(n2)(n1,n2∈N);(3)f(2)=4同时成立?若存在,求出解析式;若不存在,说明理由.
分析 若存在,由条件(1)(2)(3),得f(2)=f(1+1)=[f(1)]2=4,f(1)=2.又∵f(2)=4=22,∴f(3)=f(1)f(2)=23,f(4)=24,猜想f(x)=2x(x∈N),用数学归纳法不难证得此猜想正确.
【参考文献】
[1]贾士代,翟连林.高中数学巧妙解法400例.北京:北京教育出版社.
[2]张巨轮.抽象函数试题的类型与求解思路.中学数学,2000(11).
[3]叶家振.抽象函数关系给出的对称性与周期性.中学数学,1996(6).
[4]张坤元.求解含抽象函数不等式的几种技巧.中学数学,1995(4).
【关键词】赋值;构造;分类讨论;类比联想;归纳猜想
1.合理赋值,构造方程
例1 是否存在函数f(x)同时满足下列三个条件:(1)f(x+y)+f(x-y)=2f(x)cosy(x,y∈R);(2)f(0)=a(a为常数);(3)fπ2=b(b为常数)?若存在,求f(x)的表达式;若不存在,请说明理由.
分析 条件(1)中x,y的任意性,隐含着x,y既可“换元”,又可“赋值”,结合条件(2)和(3),可望构造出函数方程组,从而求得函数表达式.
令x=0,y=t,得f(t)+f(-t)=2acost.①
令x=π2+t,y=π2,得f(π+t)+f(t)=0.②
令x=π2,y=t+π2,得f(π+t)+f(-t)=-2bsint.③
将①+②-③,得f(x)=acost+bsint,故存在f(x)=acost+bsint符合题意.
2.挖掘隐含,分类讨论
例2 设f(x)是定义在(-∞,+∞)上的增函数,问是否存在实数k,使不等式f(k+sin2x)≥f[(k-4)(sinx+cosx)]对任意x∈R恒成立?并说明理由.
分析 令sinx+cosx=t,则sin2x=t2-1,原不等式对一切x∈R恒成立,等价于不等式μ(t)=t2-(k-4)t+(k-1)≥0对任意t∈[-22,22]恒成立,下列分三种情况讨论:
(1)当Δ<0时,μ(t)≥0,对t∈[-22,22]恒成立,由Δ=(k-4)2-4(k-1)=(k-2)(k-10)<0,得2<k<10.
(2)当Δ=0时,k=2或k=10,此时抛物线t2-(k-4)t+(k-1)的顶点横坐标t=-1或t=3,μ(t)≥0对任意t∈[-22,22]恒成立.
(3)当Δ>0时,μ(t)≥0对任意t∈[-22,22]恒成立的充要条件是:
Δ>0,
k-42<-22,
μ(-22)≥0.①
或Δ>0,
k-42>22,
μ(22)≥0.②
解①②,得10<k<9+522,综合(1)(2)(3)得k的取值范围是[2,9+522].
3.剖析特例,类比联想
例3 设函数f(x)定义在实数集上,对任意x,y∈R,都有f(x+y)+f(x-y)=2f(x)f(y),且存在正数c,使fc2=0,试问:f(x)是否是周期函数?若是,求出它的一个周期;若不是,请说明理由.
分析 由于问题较抽象,不易发现f(x)是否为周期函数,更难找出它的一个周期.若特殊探路,降维思考,联想三角公式,不难发现函数f(x)=cosx满足题设条件,因为f(x)=cosx是周期为2π的函数,且cosπ2=0,故推测f(x)是以2c为周期的周期函数.事实上fx+c2+c2+fx+c2-c2=2fx+c2fc2=0,∴f(x+c)=-f(x),∴f(x+2c)=-f(x+c)=f(x)(x∈R).
4.正难则反,逆推反正
例4 已知函数f(x)在区间(-∞,+∞)上是增函数,a,b∈R,若f(a)+f(b)≥f(-a)+f(-b),求证:a+b≥0.
分析 欲证上述命题,正向推理,不易用上题设条件,转而逆思考.若a+b<0,则a<-b,b<-a,据单调性f(a)<f(-b),f(b)<f(-a),从而f(a)+f(b)<f(-a)+f(-b),这与已知矛盾,∴a+b<0不成立,即a+b≥0.
5.恰用递推,归纳猜想
例5 是否存在这样的函数f(x),使下列三个条件:(1)f(x)>0(n∈N);(2)f(n1+n2)=f(n1)f(n2)(n1,n2∈N);(3)f(2)=4同时成立?若存在,求出解析式;若不存在,说明理由.
分析 若存在,由条件(1)(2)(3),得f(2)=f(1+1)=[f(1)]2=4,f(1)=2.又∵f(2)=4=22,∴f(3)=f(1)f(2)=23,f(4)=24,猜想f(x)=2x(x∈N),用数学归纳法不难证得此猜想正确.
【参考文献】
[1]贾士代,翟连林.高中数学巧妙解法400例.北京:北京教育出版社.
[2]张巨轮.抽象函数试题的类型与求解思路.中学数学,2000(11).
[3]叶家振.抽象函数关系给出的对称性与周期性.中学数学,1996(6).
[4]张坤元.求解含抽象函数不等式的几种技巧.中学数学,1995(4).