抽象函数解题方法与技巧第五计

1每周一计第五计——抽象函数解题方法与技巧所谓抽象函数问题，是指没有具体地给出函数的解析式，只给出它的一些特征或性质。解决这类问题常涉及到函数的概念和函数的各种性质，因而它具有抽象性、综合性和技巧性等特点。抽象函数问题既是教学中的难点，又是近几年来高考的热点。一、换元法换元法包括显性换元法和隐性换元法，它是解答抽象函数问题的基本方法.例1.已知f(1+sinx)=2+sinx+cos2x,求f(x)解：令u=1+sinx，则sinx=u-1(0≤u≤2),则f(u)=-u2+3u+1(0≤u≤2)故f(x)=-x2+3x+1(0≤x≤2)二、方程组法运用方程组通过消参、消元的途径也可以解决有关抽象函数的问题。例2．.232|)(:|,)1(2)(),)(,(xfxxfxfxfxf(x)y求证且为实数即是实数函数设解:xxxfxxfxfxx323)(,1)(2)1(,1联立方程组，得得代换用322323|)(|xxxf三、待定系数法如果抽象函数的类型是确定的，则可用待定系数法来解答有关抽象函数的问题。例3．已知f(x)是多项式函数，且f(x+1)+f(x-1)=2x2-4x,求f(x).解：由已知得f(x)是二次多项式，设f(x)=ax2+bx+c(a≠0)代入f(x+1)=a(x+1)2+b(x+1)+c=ax2+(2a+b)x+a+b+cf(x-1)=a(x-1)2+b(x-1)+c=ax2+(b-2a)x+a-b+c∴f(x+1)+f(x-1)=2ax2+2bx+2a+2c=2x2-4x比较系数得：a=1,b=-2,c=-1,f(x)=x2-2x-1.四、赋值法有些抽象函数的性质是用条件恒等式给出的，可通过赋特殊值法使问题得以解决。例4．对任意实数x,y，均满足f(x+y2)=f(x)+2[f(y)]2且f(1)≠0,则f(2001)=_______.解：令x=y=0，得：f(0)=0,令x=0,y=1,得f(0+12)=f(0)+2f[(1)]2,∵f(1)≠0∴f(1)=.令x=n,y=1，得f(n+1)=f(n)+2[f(1)]2=f(n)+即f(n+1)-f(n)=12，故f(n)=2n，f(2001)=20012例5．已知f(x)是定义在R上的不恒为零的函数，且对于任意的实数a,b都满足f(ab)=af(b)+bf(a).(1)求f(0)，f(1)的值；(2)判断f(x)的奇偶性,并证明你的结论;(3)若f(2)=2,un=f(2n)(n∈N*),求证：un+1un(n∈N*).解：(1)令a=b=0,得f(0)=0,令a=b=1,得f(1)=0.(2)f(x)是奇函数。因为：令a=b=-1,得f[(-1)(-1)]=-f(-1)-f(-1),f(-1)=0,故f(-x)=f[(-1)(x)]=-f(x)+xf(-1)=-f(x),故f(x)为奇函数.(3)先用数学归纳法证明：un=f(2n)0(n∈N*)(略)五、转化法通过变量代换等数学手段将抽象函数具有的性质与函数的单调性等定义式建立联系，为问题的解决带来极大的方便.例6．设函数f(x)对任意实数x,y，都有f(x+y)=f(x)+f(y),若x0时f(x)0,且f(1)=-2,求f(x)在[-3，3]上的最大值和最小值。解：令x=y=0，得f(0)=0,令y=-x,得f(-x)+f(x)=f(0)=0,即f(x)为奇函数.设x1x2,则x2-x10,由已知得f(x2-x1)0,故f(x2)=f(x2-x1+x1)=f(x2-x1)+f(x1)f(x1)所以f(x)是R上的减函数，又f(3)=f(1)+f(2)=3f(1)=-6，f(-3)=612122故f(x)在[-3,3]上的最大值为6,最小值为-6.例7．定义在R+上的函数f(x)满足：①对任意实数m，f(xm)=mf(x)；②f(2)=1.(1)求证：f(xy)=f(x)+f(y)对任意正数x,y都成立；(2)证明f(x)是R+上的单调增函数；(3)若f(x)+f(x-3)≤2,求x的取值范围。解：(1)令x=2m,y=2n,其中m,n为实数，则f(xy)=f(2m+n)=(m+n)f(2)=m+n.又f(x)+f(y)=f(2m)+f(2n)=mf(2)+nf(2)=m+n,所以f(xy)=f(x)+f(y)（2）证明：设0x1x2，可令mn且使x1=2m,x2=2n由（1）得f(x1)-f(x2)=12xfx=f(2m-n)=(m-n)f(2)=m-n0故f(x1)f(x2)，即f(x)是R+上的增函数。(3)由f(x)+f(x-3)≤2及f(x)的性质，得f[x(x-3)]≤2f(2)=f(4)解得3x≤4。六、递推法对于定义在正整数集N*上的抽象函数，用递推法来探究，如果给出的关系式具有递推性，也常用递推法来求解.例8．是否存在这样的函数f(x)，使下列三个条件：①f(n)0,n∈N；②f(n1+n2)=f(n1)f(n2),n1,n2∈N*；③f(2)=4同时成立？若存在，求出函数f(x)的解析式；若不存在，说明理由。解：假设存在这样的函数f(x)，满足条件，得f(2)=f(1+1)=f(1)·f(1)=4，解得f(1)=2又f(2)=4=22,f(3)=23,…,由此猜想：f(x)=2x(x∈N*)(数学归纳证明略）例9．已知f(x)是定义在R上的函数，f(1)=1，且对任意x∈R都有f(x+5)≥f(x)+5，f(x+1)≤f(x)+1。若g(x)=f(x)+1-x,则g(2002)=_________.解：由f(x+1)≤f(x)+1得f(x+5)≤f(x+4)+1≤f(x+3)+2≤f(x+2)+3≤f(x+1)+4又∵f(x+5)≥f(x)+5∴f(x)+5≤f(x+1)+4∴f(x)+1≤f(x+1)又∵f(x+1)≤f(x)+1∴f(x+1)=f(x)+1又∵f(1)=1∴f(x)=xg(x)=f(x)+1-x=1，故g(2002)=1。七、模型法模型法是指通过对题目的特征进行观察、分析、类比和联想，寻找具体的函数模型，再由具体函数模型的图象和性质来指导我们解决抽象函数问题的方法。应掌握下面常见的特殊模型：特殊模型抽象函数正比例函数f(x)=kx(k≠0)f(x+y)=f(x)+f(y)幂函数f(x)=xnf(xy)=f(x)f(y)fxxfyfy或指数函数f(x)=ax(a0且a≠1)f(x+y)=f(x)f(y)fxfxyfy或对数函数f(x)=logax(a0且a≠1)f(xy)=f(x)+f(y)xffxfyy或正、余弦函数f(x)=sinxf(x)=cosxf(x+T)=f(x)正切函数f(x)=tanx()()()1()()fxfyfxyfxfy余切函数f(x)=cotx1()()()()()fxfyfxyfxfy例10．已知实数集上的函数f(x)恒满足f(2+x)=f(2-x),方程f(x)=0有5个实根,则这5个根之和=_____________3分析：因为函数f(x)恒满足f(2+x)=f(2-x),方程f(x)=0有5个实根，可以将该函数看成是类似于二次函数y=k(x-2)2为模型引出解题思路，即函数的对称轴是x=2，并且函数在f(2)=0，其余的四个实数根关于x=2对称解：因为实数集上的函数f(x)恒满足f(2+x)=f(2-x),方程f(x)=0有5个实根，所以函数关于直线x=2对称，所以方程的五个实数根也关于直线x=2对称，其中有一个实数根为2，其它四个实数根位于直线x=2两侧，关于直线x=2对称，则这5个根之和为10。例11．设定义在R上的函数f(x)，满足当x0时，f(x)1，且对任意x，y∈R，有f(x+y)=f(x)f(y)，f(1)=2（1）解不等式f(3x-x2)4；（2）解方程[f(x)]2+12f(x+3)=f(2)+1分析：可联想指数函数f(x)=ax。解：(1)先证f(x)0，且单调递增，因为f(x)=f(x+0)=f(x)f(0)，x0时f(x)1，所以f(0)=1对于任意x0，则-x0，f(x)f(-x)=f(x-x)=f(0)=1，∴f(x)=1fx∵-x0，f(-x)1∴0f(x)1综上所述f(x)0任取x1,x2∈R且x1x2，则x2-x10，f(x2-x1)1,所以f(x1)-f(x2)=f[(x2-x1)+x1]-f(x1)=f(x2-x1)f(x1)-f(x1)=f(x1)[f(x2-x1)-1]0所以x∈R时，f(x)为增函数。不等式f(3x-x2)4可化为3x-x22解得：{x|1x2}(2)f(1)=2，f(2)=4，f(3)=8，原方程可化为：[f(x)]2+4f(x)-5=0，解得f(x)=1或f(x)=-5（舍)由(1)得x=0。例12．已知函数f(x)对任何正数x,y都有f(xy)=f(x)f(y)，且f(x)≠0，当x1时，f(x)1。试判断f(x)在(0,+∞)上的单调性，并说明理由。分析：可联想幂函数f(x)=xn?解：对x∈R+，有f(x)=20fxxfx，又f(x)≠0，故f(x)0设x1，x2∈R+，且x1x2，则211xx，则2211211211111xxfxffxfxxxxffxfxfxx所以f(x1)f(x2)，故f(x)在R+上为减函数。附：函数的性质函数的周期性：1、定义在x∈R上的函数y=f(x)，满足f(x+a)=f(x-a)（或f(x-2a)=f(x)）(a0)恒成立，则y=f(x)是周期为2a的周期函数；2、若y=f(x)的图像关于直线x=a和x=b对称，则函数y=f(x)是周期为2|a-b|的周期函数；3、若y=f(x)的图像关于点(a,0)和(b,0)对称，则函数y=f(x)是周期为2|a-b|的周期函数；4、若y=f(x)的图像有一个对称中心A(a,0)和一条对称轴x=b（a≠b），则函数y=f(x)是周期为4|a-b|的周期函数；5、若函数y=f(x)满足f(a+x)=f(a-x)，其中a0，且如果y=f(x)为奇函数，则其周期为4a；如果y=f(x)为偶函数，则其周期为2a；6、定义在x∈R上的函数y=f(x)，满足f(x+a)=-f(x)1()fxafx或1()fxafx或，则y=f(x)是周期为2|a|的周期函数；7、若11fxfxafx在x∈R恒成立，其中a0，则y=f(x)是周期为4a的周期函数；48、若11fxfxafx在x∈R恒成立，其中a0，则y=f(x)是周期为2a的周期函数。（7、8应掌握具体推导方法，如7）函数图像的对称性：1、若函数y=f(x)满足f(a+x)=f(b-x)，则函数y=f(x)的图像关于直线2abx对称；2、若函数y=f(x)满足f(x)=f(2a-x)或f(x+a)=f(a-x)，则函数y=f(x)的图像关于直线x=a对称；3、若函数y=f(x)满足f(a+x)+f(b-x)=c，则y=f(x)的图像关于点,22abc成中心对称图形；4、曲线f(x,y)=0关于点(a,b)的对称曲线的方程为f(2a-x,2b-y)=0；5、形如0,axbycadbccxd的图像是双曲线，由常数分离法dadadaxbbacccyddccxcxcc知：对称中心是点,dacc；6、设函数y=f(x)定义在实数集上，则y=f(x+a)与y=f(b-x)的图像关于直线2bax对称；7、若函数y=f(x)有反函