25年上海卷 第21题(压轴题)

已知函数y=f(x)y=f(x)的定义域为RR.对于正实数aa,定义集合Ma={xf(x+a)=f(x)}M_{a}=\{x\mid f(x+a)=f(x)\}

(1)若f(x)=sinxf(x)=\sin x,判断π3\dfrac{\pi}{3}是否是MπM_{\pi}中的元素,请说明理由;

(2)若f(x)={x+2,x<0x,x0f(x)=\begin{cases} x+2,& x<0 \\ \sqrt{x},& x\ge 0 \end{cases}Ma不等于M_{a}不等于 \varnothing,求aa的取值范围;

(3)若y=f(x)y=f(x)是偶函数,当x(0,1]x\in(0,1]时,f(x)=1xf(x)=1-x,且对任意a(0,2)a\in(0,2),均有MaM2M_{a}\subseteq M_{2}.写出y=f(x)y=f(x)x(1,2)x\in(1,2)解析式,并证明:对任意实数cc,函数y=f(x)cy=f(x)-c[3,3][-3,3]上至多有99个零点.

待证明结论:对任意实数cc,函数y=f(x)cy=f(x)-c[3,3][-3,3]上至多有99个零点

第一部分求出:x(1,2)时,f(x)=x1x\in (1,2)时,f(x)=x-1

第三问第二部分

思路分析

用同样的方法可以求出x(23)时,f(x)=3xx\in (2,3)时,f(x)=3-x

已经有解析式的包含了(0,1](1,2)(2,3)(0,1],(1,2),(2,3)

利用偶函数的性质还可以得到[1,0)(2,1)(3,2)[-1,0),(-2,-1),(-3,-2)的解析式。

在要证明的区间内有5个函数值不确定:

f(3)=f(3),f(2)=f(2)f(0)f(-3)=f(3),f(-2)=f(2),f(0)

条件: f(x)是偶函数f(x)是偶函数

待证明结论:对任意实数cc,函数y=f(x)cy=f(x)-c[3,3][-3,3]上至多有99个零点

已有解析式的 6个区间\Large \textcolor{red}{6个区间}都是直线,和f(x)y=cf(x)和y=c 最多有6个交点\Large \textcolor{red}{6个交点}

如果f(2)不等于f(3)f(2)不等于f(3),那么y=f(x)cy=f(x)-c在剩余的5个点里最多有三个零点:202-2,0,2或者303-3,0,3

如果f(2)不等于f(3)时,最多有9个零点\Large \boxed{如果f(2)不等于f(3)时,最多有9个零点}

集合定义:Ma={xf(x+a)=f(x)}M_{a}=\{x\mid f(x+a)=f(x)\}

已知条件:且对任意a(0,2)a\in(0,2),均有MaM2M_{a}\subseteq M_{2}

已得到结论:如果f(2)不等于f(3)时,最多有9个零点

如果f(2)=f(3)f(2)=f(3)

f(2)=f(3)    f(3)=f(2)(f(x)是偶函数)    f(3)=f(3+1)    3M1(M1的定义)    3M2(对任意a(0,2),均有MaM2)    f(3)=f(3+2)M2的定义    f(3)=0(f(1)=f(1)=0)\begin{aligned} &\qquad \quad f(2) = f(3) \\ &\implies f(-3) = f(-2) \quad(f(x)是偶函数) \\ & \implies f(-3) = f(-3+1) \\ & \implies -3 \in M_1 \quad(M_1的定义) \\ &\implies -3 \in M_2 (对任意a\in(0,2),均有M_{a}\subseteq M_{2})\\ &\implies f(-3)=f(-3+2) \quad{M_2的定义}\\ &\implies f(-3) = 0 \quad(f(-1)=f(1)=0) \end{aligned}

c=0c=0时,f(x)=cf(x)=c最多有77个零点 3210123-3,-2,-1,0,1,2,3

当c不等于0时,f(x)=cf(x)=c最多有66个零点

已知函数y=f(x)y=f(x)的定义域为RR.对于正实数aa,定义集合Ma={xf(x+a)=f(x)}M_{a}=\{x\mid f(x+a)=f(x)\}

(1)若f(x)=sinxf(x)=\sin x,判断π3\dfrac{\pi}{3}是否是MπM_{\pi}中的元素,请说明理由;

(2)若f(x)={x+2,x<0x,x0f(x)=\begin{cases} x+2,& x<0 \\ \sqrt{x},& x\ge 0 \end{cases}Ma不等于M_{a}不等于 \varnothing,求aa的取值范围;

(3)若y=f(x)y=f(x)是偶函数,当x(0,1]x\in(0,1]时,f(x)=1xf(x)=1-x,且对任意a(0,2)a\in(0,2),均有MaM2M_{a}\subseteq M_{2}.写出y=f(x)y=f(x)x(1,2)x\in(1,2)解析式,并证明:对任意实数cc,函数y=f(x)cy=f(x)-c[3,3][-3,3]上至多有99个零点.

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