本题导读
本题考查函数的周期性定义,以及函数在闭区间上的值域与最值。
📌【题干】
Question
(2011年上海卷(理))
设 是定义在 上,以 1 为周期的函数,若函数 在区间 上的值域为 ,则 在区间 上的值域为.
🔍【思路分析】
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- 因为 以 1 为周期,所以 在任意长度为 1 的闭区间上的取值集合相同。特别地, 在 上与在 乃至整个 上的值域完全相同。
- 由 在 上值域为 ,确定 的上界 与下界 :
- 考虑区间两端和内部,由 分离求出 的确切极值;
- 实际上,将区间 拆解为多个长度为 1 的单元区间 ,在每个单元区间上 ,此时 的整体最小值在最左端区间取得,最大值在最右端区间取得。
- 利用整体平移跨度直接计算端点区间的最值,求出完整值域。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
因为 的周期为 1,所以对任意整数 及 ,均有 且 。
因此,对于任意区间 ,函数 的取值范围均相同。
设 ,令 ,则:
已知当 时,,函数 。
由此可得,当 时:
现考查 :
区间 可以表示为 20 个单位区间的并集:
在每个子区间 上,(),函数为:
因为 ,所以:
当 从 连续遍历到 9 时:
- 函数取得的全局最小值为 时的下界:
- 函数取得的全局最大值为 (此时 ,对应区间 )时的上界:
由于 的取值区间随 递增 1 逐步平移且相互重叠连通( 与 相交),其并集为一连续整区间:
故 在区间 上的值域为 。
故答案为:。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:周期函数的代数性质、分段平移求值域、区间并集连续覆盖。
- 核心方法:分离变量法(令 ),将长区间分解为单位周期长度的有限个小区间求极值。
- 避坑指南:
- 最大值发生在最右侧区间 ,对应 ,最大值为 (不要误代入 算出 12);
- 最小值发生在最左侧区间 ,对应 ,最小值为 。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:高等数学中“拟周期函数(Quasi-periodic function)”与具有单调漂移项的周期扰动模型。
- 结论推广:若 周期为 , 在 上的值域为 ,则 在 ()上的值域为 。
🔗【关联脉络】
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