稿件来源:高途
| 3.1.2 函数的单调性题目答案及解析如下,仅供参考!
必修一
第三章 函数
3.1 函数的概念与性质
3.1.2 函数的单调性
已知定义在$\left( -\infty ,-\dfrac{1}{2} \right)\cup \left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上的函数$f\left( x \right)$同时满足下列四个条件:
①$f\left( \dfrac{5}{2} \right)=-1$;
②对任意$\left| x \right|\gt \dfrac{1}{2}$,恒有$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0$;
③对任意$x\gt \dfrac{3}{2}$,恒有$f\left( x \right)\lt 0$;
④对任意$a,b\gt 0$,恒有$f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)+f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)$.
$(1)$求$f\left( -\dfrac{3}{2} \right)$的值;
$(2)$判断$f\left( x \right)$在$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上的单调性,并用定义法证明;
$(3)$若对任意$t\in \left[ -1,1 \right]$,恒有$f\left( -{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k \right)\leqslant 2$,求实数$k$的取值范围.
$(1)$$0$;
$(2)$$f\\left( x \\right)$在$\\left( \\dfrac{1}{2},+\\infty \\right)$上单调递减,证明见解析;
$(3)$$\\left[ \\dfrac{3}{4},+\\infty \\right)$
"]]$(1)$在$f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)+f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)$中令$a=b=1\Rightarrow 2f\left( \dfrac{3}{2} \right)=f\left( \dfrac{3}{2} \right)\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0$;
(或令$a=2$,$b=1\Rightarrow f\left( \dfrac{5}{2} \right)+f\left( \dfrac{3}{2} \right)=f\left( \dfrac{5}{2} \right)\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0$$)$.
而$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0\Rightarrow f\left( -\dfrac{3}{2} \right)+f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0\Rightarrow f\left( -\dfrac{3}{2} \right)=0$;
$(2)$$f\left( x \right)$在$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上单调递减.
下证明:
由④知:对任意$a$,$b\gt 0$,恒有$f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)-f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)$.
证一:任取${{x}_{2}}\gt {{x}_{1}}\gt \dfrac{1}{2}$,
于是$f\left( {{x}_{2}} \right)-f\left( {{x}_{1}} \right)=f\left( \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}\cdot \left( {{x}_{1}}-\dfrac{1}{2} \right)+\dfrac{1}{2} \right)-f\left( \left( {{x}_{1}}-\dfrac{1}{2} \right)+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}+\dfrac{1}{2} \right)$
$\because {{x}_{2}}\gt {{x}_{1}}\gt \dfrac{1}{2}$,
$\therefore {{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}\gt {{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}\gt 0$
$\Rightarrow \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}\gt 1\Rightarrow \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}+\dfrac{1}{2}\gt \dfrac{3}{2}$,
而对任意$x\gt \dfrac{3}{2}$时恒有$f\left( x \right)\lt 0$,故$f\left( \dfrac{{{x}_{2}}-\dfrac{1}{2}}{{{x}_{1}}-\dfrac{1}{2}}+\dfrac{1}{2} \right)\lt 0$,
即$f\left( {{x}_{2}} \right)-f\left( {{x}_{1}} \right)\lt 0$,
$\therefore f\left( x \right)$在$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上单调递减,证毕;
证二:任取${{x}_{2}}\gt {{x}_{1}}\gt \dfrac{1}{2}$,设${{x}_{2}}=mn+\dfrac{1}{2}$,${{x}_{1}}=n+\dfrac{1}{2}$,$m\gt 1$,$n\gt 0$
$f\left( {{x}_{2}} \right)-f\left( {{x}_{1}} \right)=f\left( mn+\dfrac{1}{2} \right)-f\left( n+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( m+\dfrac{1}{2} \right)$,
$\because m\gt 1$,$m+\dfrac{1}{2}\gt \dfrac{3}{2}$,
$\therefore f\left( m+\dfrac{1}{2} \right)\lt 0$,即$f\left( {{x}_{2}} \right)\lt f\left( {{x}_{1}} \right)$,
也即$f\left( x \right)$在$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$单调递减,证毕;
$(3)$在$f\left( a+\dfrac{1}{2} \right)+f\left( b+\dfrac{1}{2} \right)=f\left( ab+\dfrac{1}{2} \right)$中:
令$a=b=2\Rightarrow f\left( \dfrac{5}{2} \right)+f\left( \dfrac{5}{2} \right)=f\left( \dfrac{9}{2} \right)\Rightarrow f\left( \dfrac{9}{2} \right)=-2$,
而$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0$,于是$f\left( -\dfrac{9}{2} \right)=2$,
令$a=\dfrac{1}{4}$,$b=4\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{4} \right)+f\left( \dfrac{9}{2} \right)=f\left( \dfrac{3}{2} \right)=0\Rightarrow f\left( \dfrac{3}{4} \right)=-f\left( \dfrac{9}{2} \right)=2$,
由$(2)$知$f\left( x \right)$在$\left( \dfrac{1}{2},+\infty \right)$上单调递减,
又$f\left( -x \right)+f\left( x \right)=0$,可得$f\left( x \right)$在$\left( -\infty ,-\dfrac{1}{2} \right)$上也单调递减,如图,
可知不等式$f\left( -{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k \right)\leqslant 2$等价于:
对任意$t\in \left[ -1,1 \right]$,不等式
$-{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k\geqslant \dfrac{3}{4}$……①
或者$-\dfrac{9}{2}\leqslant -{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k\lt -\dfrac{1}{2}$恒成立,……②
法一:令$g\left( t \right)=-{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k$,$t\in \left[ -1,1 \right]$,
$\because g\left( t \right)$开口向下,由$g\left( t \right)$图像可知:
不等式①$\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} { g\left( -1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} }\\{g\left( 1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4}} \end{array}\right.\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {k\geqslant \dfrac{11}{20}}\\{k\geqslant \dfrac{3}{4}} \end{array}\right.\Rightarrow k\geqslant \dfrac{3}{4}$;
对于②,当$t=\pm 1$时,由$\left\{ \begin{array}{l} {-\dfrac{9}{2}\leqslant g\left( -1 \right)\lt -\dfrac{1}{2}}\\{-\dfrac{9}{2}\leqslant g\left( 1 \right)\lt -\dfrac{1}{2}} \end{array}\right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {-\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{3}{10}}\\{-\dfrac{9}{2}\leqslant k\lt -\dfrac{1}{2}} \end{array}\right.\Rightarrow k\in \varnothing $,
即一定不存在$k$满足②.
综上取并,得$k\in \left[ \dfrac{3}{4},+\infty \right)$.
法二:
令$g\left( t \right)=-{{t}^{2}}+\left( 1-2k \right)t+3k$,$t\in \left[ -1,1 \right]$,$g\left( t \right)$开口向下,对称轴为$t=\dfrac{1}{2}-k$,
且$g\left( -1 \right)=5k-2$,$g\left( 1 \right)=k$,$g\left( \dfrac{1}{2}-k \right)={{k}^{2}}+2k+\dfrac{1}{4}$,
${{1}^{^\circ }}$当$\dfrac{1}{2}-k\lt -1$即$k\gt \dfrac{3}{2}$时,问题等价于$\begin{cases} k\gt \dfrac{3}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$或$\begin{cases} k\gt \dfrac{3}{2} \\ g\left( -1 \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases}$,解得$k\gt \dfrac{3}{2}$;
${{2}^{^\circ }}$当$-1\leqslant \dfrac{1}{2}-k\leqslant 0$即$\dfrac{1}{2}\leqslant k\leqslant \dfrac{3}{2}$时,等价于$\begin{cases} \dfrac{1}{2}\leqslant k\leqslant \dfrac{3}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$或$\begin{cases} \dfrac{1}{2}\leqslant k\leqslant \dfrac{3}{2} \\ g\left( \dfrac{1}{2}-k \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( 1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases} \Rightarrow k\in \left[ \dfrac{3}{4},\dfrac{3}{2} \right]$;
${{3}^{^\circ }}$当$0\lt \dfrac{1}{2}-k\leqslant 1$即$-\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{1}{2}$时,问题等价于$\begin{cases} -\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$或$\begin{cases} -\dfrac{1}{2}\leqslant k\lt \dfrac{1}{2} \\ g\left( \dfrac{1}{2}-k \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases}$,
解得$k\in \varnothing $;
${{4}^{^\circ }}$当$\dfrac{1}{2}-k\gt 1$即$k\lt -\dfrac{1}{2}$时,问题等价于$\begin{cases} k\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant \dfrac{3}{4} \\ \end{cases}$或$\begin{cases} k\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( 1 \right)\lt -\dfrac{1}{2} \\ g\left( -1 \right)\geqslant -\dfrac{9}{2} \\ \end{cases}$,
解得$k\in \varnothing $;
综上,$k\in \left[ \dfrac{3}{4},+\infty \right)$.
| 3.1.2 函数的单调性题目答案及解析(完整版)