- 函数的周期性
- 共6029题
若定义在区间D上的函数y=f(x)对于区间D上的任意两个值x1、x2总有以下不等式≤f(
)成立,则称函数y=f(x)为区间D上的凸函数.
(1)证明:定义在R上的二次函数f(x)=ax2+bx+c(a<0)是凸函数;
(2)设f(x)=ax2+x(a∈R,a≠0),并且x∈[0,1]时,f(x)≤1恒成立,求实数a的取值范围,并判断函数
f(x)=ax2+x(a∈R,a≠0)能否成为R上的凸函数;
(3)定义在整数集Z上的函数f(x)满足:①对任意的x,y∈Z,f(x+y)=f(x)f(y);②f(0)≠0,f(1)=2.
试求f(x)的解析式;并判断所求的函数f(x)是不是R上的凸函数说明理由.
正确答案
(1)证明:对任意x1,x2∈R,当a<0,
有[f(x1)+f(x2)]-2f()=ax12+bx1+c+ax22+bx2+c-2[a(
)2+b(
)+c]=ax12+ax22-
a(x12+x22+2x1x2)=
a(x1-x2)2 (3分)
∴当a<0时,f(x1)+f(x2)≤2f(),即
≤f(
)
当a<0时,函数f(x)是凸函数. (5分)
(2)当x=0时,对于a∈R,有f(x)≤1恒成立;当x∈(0,1]时,要f(x)≤1恒成立,即ax2≤-x+1,
∴a≤-
=(
-
)2-
恒成立,∵x∈(0,1],∴
≥1,当
=1时,(
-
)2-
取到最小值为0,
∴a≤0,又a≠0,∴a的取值范围是(-∞,0).
由此可知,满足条件的实数a的取值恒为负数,由(1)可知函数f(x)是凸函数 (11分)
(3)令x=y=0,则f(0)=[f(0)]2,∵f(0)≠0,∴f(0)=1,(12分)
令y=-x,则1=f(0)=f(x-x)=f(x)f(-x),故f(x)=;
若n∈N*,则f(n)=f[(n-1)+1]=f(n-1)f(1)=2f(n-1)=…=[f(1)]2; (14分)
若n<0,n∈Z,则-n∈N*,∴f(n)==
=2n;∴x∈Z时,f(x)=2x.
综上所述,对任意的x∈Z,都有f(x)=2x; (15分)
∵[20+21]=
>
,所以f(x)不是R上的凸函数. (16分)
(对任意x1,x2∈R,有[f(x1)+f(x2)]=
[2x1+2x2]≥
×2
=f(
),所以f(x)不是R上的凸函数. 16分)
已知f(x)=x2-alnx在(1,2]上是增函数,g(x)=x-a在(0,1)上是减函数.
(1)求a的值;
(2)设函数φ(x)=2bx-在(0,1]上是增函数,且对于(0,1]内的任意两个变量s,t,恒有f(s)≥φ(t)成立,求实数b的取值范围;
(3)设h(x)=f′(x)-g(x)-2+
,求证:[h(x)]n+2≥h(xn)+2n(n∈N*).
正确答案
(1)f′(x)=2x-,依题意,当x∈(1,2]时,f'(x)≥0恒成立,即a≤(2x2)min⇒a≤2.g′(x)=1-
,当x∈(0,1)时,g'(x)≤0恒成立,即a≥2,所以a=2.…(5分)
(2)f′(x)=2x-=
,所以f(x)在(0,1]上是减函数,最小值是f(1)=1.φ(x)=2bx-
在(0,1]上是增函数,即φ′(x)=2b+
≥0恒成立,得b≥-1,且φ(x)的最大值是φ(1)=2b-1,
由已知得1≥2b-1⇒b≤1,所以b的取值范围是[-1,1].…(5分)
(3)h(x)=f′(x)-g(x)-2+
=…=x+
,
n=1时不等式左右相等,得证;
n≥2时,[h(x)]n-h(xn)=(x+)n-(xn+
)=
xn-2+
xn-4+…+
x2-n=
[
(xn-2+x2-n)+
(xn-4+x4-n)+…+
(x2-n+xn-2)]≥
+
+…+
=2n-2,
所以[h(x)]n+2≥h(xn)+2n(n∈N*)成立.…(5分)
已知函数f(x)=的定义域恰为不等式log2(x+3)+log12x≤3的解集,且f(x)在定义域内单调递减,求实数a的取值范围.
正确答案
由log2(x+3)+log12x≤3得⇔
⇔x≥
,
即f(x)的定义域为[,+∞).
∵f(x)在定义域[,+∞)内单调递减,
∴当x2>x1≥时,f(x1)-f(x2)>0恒成立,即有(ax1-
+2)-(ax2-
+2)>0⇔a(x1-x2)-(
-
)>0⇔(x1-x2)(a+
)>0恒成立.
∵x1<x2,∴(x1-x2)(a+)>0⇔a+
<0.
∵x1x2>⇒-
>-
,
要使a<-恒成立,
则a的取值范围是a≤-.
已知函数f(x)=是定义域(-1,1)上的奇函数,
(1)求b的值,并写出f(x)的表达式;
(2)试判断f(x)的单调性,并证明.
正确答案
(1)因为函数f(x)的定义域为(-1,1)且f(x)是奇函数,
所以f(0)=0,即f(0)==-b=0,解得b=0.
所以f(x)=.
(2)函数f(x)为减函数,证明如下
设-1<x1<x2<1,则f(x1)-f(x2)=-
=
=
,
因为-1<x1<x2<1,所以<1,
0,1+x1x2>0,
所以f(x1)-f(x2)=>0,即f(x1)>f(x2),
所以函数f(x)为减函数.
已知函数f(x)=(x∈R).
(1)当f(1)=1时,求函数f(x)的单调区间;
(2)设关于x的方程f(x)=的两个实根为x1,x2,且-1≤a≤1,求|x1-x2|的最大值;
(3)在(2)的条件下,若对于[-1,1]上的任意实数t,不等式m2+tm+1≥|x1-x2|恒成立,求实数m的取值范围.
正确答案
(1)由f(1)=1得a=-1,
f′(x)==
=
≥0
-2≤x≤1,所以f(x)的减区间是(-∞,-2]和[1,+∞),增区间是[-2,1](5分)
(2)方程f(x)=可化为x2-ax-2=0,△=a2+8>0
∴x2-ax-2=0有两不同的实根x1,x2,
则x1+x2=a,x1x2=-2
∴|x1-x2|==
∵-1≤a≤1,∴当a=±1时,
∴|x1-x2|max==3
(3)若不等式m2+tm+1≥|x1-x2|恒成立,
由(2)可得m2+tm+1≥3,对t∈[-1,1]都成立m2+tm-2≥0,t∈[-1,1],
设g(t)=m2+tm-2
若使t∈[-1,1]时g(t)≥0都成立,
则
解得:m≥2或m≤-2,所以m的取值范围是m≥2或m≤-2
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