本题导读
本题考查函数的周期性与分段函数,以及函数与方程。
📌【题干】
Question
(2017年江苏卷) 设 是定义在 且周期为 1 的函数,在区间 上,,其中集合 ,则方程 的解的个数是 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 分析函数值域:
- 在 上, 和 的取值范围都在 内。
- 由于 周期为 1,所以对任意 ,恒有 。
- 确定 的范围:
- 方程 有解,必须满足 。
- 解得 。这意味着我们只需讨论 这一区间。
- 数形结合:
- 将方程转化为两个函数图象的交点问题: 与 。
- 在 上是单调递增的,且从 增加到接近 。
- 在每个周期 () 上的图象基本是直线 ,但在集合 对应的点处会“跳跃”到 。
- 关键点辨析:
- 在每个周期内, 是否会恰好经过 的跳跃点?
- 集合 中的点均为有理数。我们需要判定当 为有理数时, 是否可能为有理数(见解析)。
✅【答案】
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8
✍【详细解析】
Abstract
解: 第一步:确定解的有效范围 由 的周期性及在 上的定义可知 。 要使 成立,必有 ,即 。
第二步:判定 与有理数的关系 对于 ,若 (有理数),设 (, 互质)。 假设 ,由于 ,可设 (, 互质)。 则 。 若 ,则等式左边含有因子 或 ,但由于 互质, 不可能含有 的质因子,矛盾。 若 ,则 ,这仅在 是 的幂时成立(如 时 )。 结论:在 范围内,若 为有理数, 必为无理数。
第三步:分周期讨论交点个数 集合 。在每个周期 内,对应的“跳跃点”横坐标为 ,这些都是有理数。 由第二步可知,在这些点处, 永远是无理数,而 在这些点取 (有理数的平方,仍为有理数)。 因此, 永远不会经过 的跳跃点。 方程 等价于 ()。
- 当 时:,。 是第 1 个解。
- 当 时: 沿 增长。由于 增长较慢,且在 已相交,此区间无其他解。
- 当 () 时:
- 在 时,。
- 在 时,。
- 由于函数连续(且避开了跳跃点),每个周期必有且仅有 1 个解。共 个周期,即 7 个解。
- 当 时:
- 时,。
- 但当 时, 且 。
- 比较增长速度:,在 附近斜率约 ;而 斜率为 。
- 因为 在末端始终高于 ,且 但 取不到 ,故此区间无解。
总计: 个解。

故答案为:8。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 数系的性质:本题最隐蔽的难点在于判定 是否会落在集合 上。江苏卷常在压轴填空考查这种极细微的数论逻辑。
- 数形结合的边界:在 区间的判定需要非常小心,通过斜率比较或端点极限值分析是解析几何与导数结合的常用手段。
- 周期函数与对数/指数函数结合求交点是高考高频模型。核心是“找准范围,分段数数,死盯端点”。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
方法推广:待补
🔗【关联脉络】
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