本题导读
本题考查新定义函数。核心在于定义建模法、数形结合法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2021年上海卷)21. 如果对任意 ,使得 ,都有 ,则称 是 关联的。
(1)判断并证明 是否是 关联?是否是 关联?
(2)已知 是 关联的,且当 时,,解不等式 ;
(3)证明:“ 是 关联的,且是 关联”的充要条件是“ 是 关联的”。
🔍【思路分析】
破题导航
第一问: 直接根据定义,设 ,计算 ,看 是否随 的范围变化而保持在 内。
第二问: - “ 关联”意味着若 ,则 。由此得 。
- 这说明函数在 轴每向右移动 3 个单位,纵坐标也整体向上移动 3 个单位。
- 在 上画出解析式图像,通过“平移补全”法解不等式。
第三问: - 必要性: 由 关联得 ;由 关联得 单调不减。利用这两个性质限制增量范围。
- 充分性: 利用 关联推导出 的唯一性(夹逼思想),进而推广到任意正增量的单调性。
(1)定义判断
- 对于 关联:
设 ,即 。
。
因为 ,所以 。
即 。结论:是。
- 对于 关联:
设 。
。结论:不是。
✍【详细解析】
Abstract
(2)解不等式
由 关联知 。
- 当 时: 。
令 。
由 (舍) 或 (舍)。
由 。
故在 上的解集为 。
- 当 时: 。
令 。
在区间 上,满足 的 为 。
故对应 。
- 综合: 两个区间的解集并集为 。
(3)充要条件证明
必要性(左 右):
已知 且 单调不减。
若 ,设 。
- (利用单调性和关联性)。
- 。
所以 ,即 关联成立。
充分性(右 左):
已知 是 关联的。
- 令 ,则 。
- 令 ,则 。
由 。
设 ,则有 且 。
这强力约束了 。若 ,则 矛盾。
故 ,即 关联成立。
同理可证 的增量随自变量增量同向变化,满足 关联。
✅【答案】
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(1) 是 关联,不是 关联
(2) 不等式 的解集为
(3) 证明见详细解析
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 新定义的拆解: “ 关联”本质上是研究“自变量的改变量”如何决定“函数值的改变量”。
- 周期性的变形: 关联且 实际上构造了一种类似 的拟周期函数,其图像呈现台阶状上升。
- 逻辑严密性: 第三问的充分性证明是难点,需要通过构造增量函数并利用区间套或矛盾法来锁定 恒等于 。
本题的“ 关联”实际上是柯西函数方程 的一种受限形式。
- 线性属性: 如果一个函数是所有 关联的,且满足特定连续性,它往往会退化为 。
- 上海卷的偏好: 上海卷非常喜欢在 21 题讨论这种“局部性质推广到整体性质”的逻辑。备考时应加强对“任意”与“存在”逻辑链条的刻画练习,特别是如何通过有限区间的性质(如 )去锁定函数在无限域上的形态。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:待补
- 结论推广:待补
🔗【关联脉络】
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