抽象函数的解题方法与技巧

抽象函数的解题方法与技巧摘要：抽象函数是没有具体的解析式，只给出它的一些特征、性质或一些特殊关系式的函数。因而显得特别抽象。所以解决抽象函数问题需要从函数的本质出发，考虑其定义，性质，加之解决抽象函数问题时常用的技巧——赋值法，换元法等。尽可能使抽象函数变得不再抽象。关键词：抽象函数；性质；求值；解析式；解题方法；技巧Problem-solvingmethodsandskillsofabstractfunctionsXueJieSchoolofMathematicsandStatistics,SouthwestUniversity,Chongqing400715,ChinaAbstract::abstractfunctionisnotanalytictypespecific,givenonlythefunctioncharacteristics,itsnatureorsomespecialrelationship.Soitisespeciallyabstract.Sotosolvetheabstractfunctionproblemsneedfromtheviewoffunctionessence,consideringitsdefinition,nature,andsolvetheabstractfunctionproblemscommonlyusedtechniques--assignmentmethod,substitutionmethodetc..Asfaraspossibletomaketheabstractfunctionisnolongerabstract.Keywords:abstractfunction;property;evaluation;analyticmethod;problemsolvingskills;提出问题的背景抽象函数问题是函数中的一类综合性较强的问题，这类问题通过对函数性质结构的代数表述，能够综合考查学生对于数学符号语言的理解和接受能力，考查对函数性质的代数推理和论证能力，考查学生的抽象思维和对知识的灵活运用能力，考查学生对于一般和特殊关系的认识，因而成为近几年高考命题的热点。由于抽象函数问题只给出函数所满足的一般性质或运算法那么，没有明确的表示形式，因其抽象性和综合型，对学生而言有较大的难度。因此有必要对抽象函数的解题方法和技巧进行归纳总结。抽象函数的知识点〔1〕定义域：函数的定义域指自变量的取值范围。所以对抽象函数，而言，其定义域均指的是的取值范围。对于和，其中和的地位是等价的，故取值范围是一样的。〔2〕值域：函数的值域指函数值的取值范围。那么具有相同对应关系的两个抽象函数和，它们的值域是相同的。〔3〕函数三性：即奇偶性，对称性，周期性。利用函数三性可根据局部函数的图像描绘出整个定义域上的函数图像，进而从函数的图像上更直观的研究函数。奇偶性：函数的定义域D关于原点对称，假设满足，,那么称是奇函数；假设满足，,那么称是偶函数。如果奇函数的定义域包含原点，那么一定有。对称性：函数的对称性分轴对称和中心对称。假设函数关于点对称，那么有。假设函数关于直线对称，那么有。周期性：假设函数，定义域为D，满足,，那么就说该函数是周期函数，T为函数的一个周期。函数三性之间的联系：=1\*GB3①函数是奇函数等价于函数关于原点对称；函数是偶函数等价于函数关于轴对称。=2\*GB3②如果函数具有两种形式的对称性，那么函数就一定是周期函数；如果函数是周期函数，且具有一种对称性，那么函数就一定具有另一种相应的对称性。=3\*GB3③一般结论：=1\*romani假设〔为常数〕，那么是周期函数，且是它的一个周期。=2\*romanii假设〔常数〕，那么是周期函数，且是它的一个周期。=3\*romaniii假设，那么是周期函数，且是它的一个周期。=4\*romaniv假设的图像关于两条直线，对称，那么是周期函数，且是它的一个周期。=5\*romanv假设的图像关于点和对称，那么是周期函数，且是它的一个周期。=6\*romanvi假设的图像关于两条直线及点对称，那么是周期函数，且是它的一个周期。〔4〕单调性：函数的定义域为D，对于任意的，，当时，都有=1\*GB3①，那么就说在此区间上是增函数；=2\*GB3②，那么就说在此区间上是减函数。对抽象函数，由于解析式未知，所以要证明其单调性，一般只能考虑定义法。在关于抽象函数不等式问题的解决中，单调性起到重要的作用。3.涉及抽象函数的问题类型3.1求抽象函数的定义域：〔1〕的定义域，求的定义域；〔2〕求假设干个函数进行四那么运算后所得到的新函数的定义域。3.2求抽象函数的值域：〔1〕函数的值域，求的值域；〔2〕函数的值域，求的值域；〔3〕函数满足的某些关系式或条件，求的值域。3.3求抽象函数的函数值：〔1〕函数满足的某些关系式或条件，根据条件可以求得的周期，求函数在某一特定点的函数值；〔2〕函数满足的某些关系式或条件，根据条件求不出的周期，求函数在某一特定点的函数值。3.4求抽象函数的解析式：〔1〕表达式，求的解析式；〔2〕的某些性质或满足某些条件，求的解析式。3.5与函数单调性，周期性，奇偶性相关的问题：〔1〕判断函数的单调性，周期性，奇偶性；〔2〕解不等式问题；〔3〕函数存在性问题。4.解决抽象函数问题的方法技巧4.1定义域〔1〕的定义域，求的定义域。该类问题需明确两点：一是明确函数定义域的定义〔指自变量的取值范围〕；二是明确在同一对应法那么下，和的取值范围是一样的。例1.假设函数的定义域为,那么函数的定义域为分析：如前所述，函数和函数的定义域都是指的取值范围，而非和的取值范围。并且和的取值范围是一样的。因而可根据中的取值范围是，求解出的取值范围，即的取值范围，再从中解出的取值范围，即所求定义域。解：由的定义域为，可知，，故，解得，的定义域为.〔2〕求假设干个函数进行四那么运算后所得到的新函数的定义域。该类问题的解决依然首先要明确函数的定义域是使得函数有意义的自变量的取值范围，所以求得新函数的定义域要在使得组合前每个函数有意义的根底上，还保证组合后的新函数也有意义，也就是取各个函数定义域的交集。但有一点需要注意，假设该运算是商的形式，还要保证处于分母位置的函数不为0。例2.假设的定义域为，那么的定义域为解：由，的定义域为，根据例1的求法可求得:的定义域为，的定义域为，从而的定义域为，即为。例3.函数，，，求以下函数的定义域：=1\*GB3①；=2\*GB3②；=3\*GB3③.分析：第=1\*GB3①、=2\*GB3②问的两个新函数整理后都不再含分式，所以其定义域会误认为分别是实数集和非负实数集，其实不然。这里需要注意，虽然在组合成新函数时，原函数的分母被抵消或约掉，但是仍然要保证每个原函数都有意义，故在求新函数的定义域时，必须先分别求出每个函数的定义域，再做交集。而第=3\*GB3③问中的新函数在前面所述的根底上还要再注意一点，分母不能为0，所以还要要求不为0。解：由，定义域是；定义域是；定义域是.所以=1\*GB3①的定义域是=；=2\*GB3②的定义域是=；=3\*GB3③,，的定义域是,的定义域是,令，得，令的定义域是.4.2值域〔1〕函数的值域，求的值域；该类问题一般采用换元法：即在中令=，那么问题就转化为函数的定义域，求值域的问题，此时是一个具体的函数，其值域可利用不等式，单调性，求导等方法进行求解。例4.假设函数的值域是，那么函数的值域是〔〕B、C、D、解：由于函数与函数对应关系相同，从而值域相同，所以的值域也是.令，那么，根据双勾函数的图像知函数在上单调递减，在上单调递增，在上单调递减，在上单调递增.；.因此，选B.〔2〕函数的值域，求的值域；与〔1〕类似，该类解法依然采用换元法：令=，那么题目转化为的范围，求的取值范围，而的表达式，故只需解不等式即可。例5.假设函数的值域是，那么函数的值域是。解：令，由条件，，解该不等式得：，即〔3〕函数满足的某些关系式或条件，求的值域；在处理该类问题时，往往采用赋值法：即对某些变量进行适当的赋值，寻找规律。这是一般向特殊转化的必要手段。例6.设函数定义于实数集上，对于任意实数，总成立，且存在，使得，求函数的值域。解：由题意，对于任意实数，都有.令，有，或1.但假设，对任意实数，有==0.这与条件“存在，使得”矛盾..再令，有=.但假设存在某一实数使得=0，那么有，这与矛盾，故.的值域是.4.3函数值〔1〕函数满足的某些关系式或条件，根据条件可以求得的周期，求函数在某一特定点的函数值。该类问题通常利用函数周期性：根据条件求该函数的周期，利用周期及另外一点处的函数值可快速求值。例7.〔2009山东理〕定义在R上的函数满足，那么=.分析：该题在时，的值均可求，观其在时满足的表达式可知周期是可求的。因而求出时的周期，将转化为求的值，其中即可。解：时，，由前面所述一般结论中第=3\*romaniii个知，是以6为周期的周期函数。.例8.是定义在实数集R上的函数，且.假设，求，的值。分析：题中在处的函数值，那么可由条件求函数的周期，进而求值。解：，那么由前面所述一般结论中第=2\*romanii个知，是以8为周期的周期函数。==〔2〕函数满足的某些关系式或条件，根据条件求不出的周期，求函数在某一特定点的函数值。该类问题一般采用赋值法：通过观察与未知的联系，巧妙地赋值，寻找规律解题。赋值法是解此类问题的常用技巧。例9.定义域为的函数，同时满足以下条件：①；②，求，的值。分析：该求值问题仅仅根据表达式无法求出的周期，故只能考虑进行恰当赋值。观察的函数值，将其与待求的函数值产生联系，注意到6与2,3的关系以及9与3的关系，便可迅速得到答案。解：由，对任意正实数都成立又，令，那么有，从而=，再令，那么有，从而=.例10.设是上的不减函数〔即对于任意的，当时，都有〕，且满足：=1\*GB3①；=2\*GB3②；=3\*GB3③.求的值.解：由，条件=1\*GB3①，=2\*GB3②，=3\*GB3③对任意都成立。故在=3\*GB3③中，令，有，从而.在=2\*GB3②中，令，有=.在=3\*GB3③中，令，有.又因为是上的不减函数，所以在区间上，=.接下来反复利用=2\*GB3②和=3\*GB3③，可以得到由于，所以，所以=.4.4解析式〔1〕表达式，求的解析式。该类问题通常可采用两种方法：一是换元法。即令，从中将用表示出来，带入中，可得到的表达式，也就是的解析式；二是配凑法。将配凑成以表示的代数式，从而进行整体代换，即可求出的解析式。例11.,求.解:令,那么，，故.例12.，求。解:,令，那么，，.〔2〕的某些性质或满足某些条件，求的解析式。该类问题通常有三种解决方法：一是待定系数法。在能够确定函数类型的情况下，设出函数的解析式，根据条件列方程，求出各个参量；二是函数性质法。主要是由函数奇偶性特点，求分段函数的解析式；三是赋值法。给自变量取特殊值，从而发现规律，求出的表达式。例13.是定义在上的奇函数，且在上是的一次函数，在上是的二次函数，当时，，，求函数的解析式。分析：由奇函数的性质，要求是定义在上的奇函数，只需求得在上的解析式。根据题意，再把分成和两个区间，而这两个区间上的函数类型是的，故可利用待定系数法分别求出的解析式。解：由于在上是二次函数，且是它的最大值，故可设，，由，解得.，.而当时，是一次函数，又是奇函数，故可设，，从上可知，解得.，.由于，所以当时，，；当时，，.综上可知，的解析式为例14.设的定义域为自然数集，且满足条件,及,求的解析式。解：由于对任意实数都成立，故取,那么有，，，，.以上各式相加，有，从而，4.5单调性，周期性，奇偶性〔1〕判断函数的单调性，周期性，奇偶性。该类问题通常是判断或证明函数的单调性，周期性，奇偶性，采用方法一般是定义法：由定义出发，根据条件给出的结论适当赋值或者进行变换得出想要的结论。例15.函数的定义域关于原点对称，但不包括数0，对定义域中的任意数，在定义域中存在，使，，且满足以下三个条件：=1\*GB3①是定义域中的数，或，那么；=2\*GB3②〔是一个正的常数〕；=3\*GB3③当时，.证明：=1\*GB3①是奇函数；=2\*GB3②是周期函数，并求出它的一个周期；=3\*GB3③在内为减函数.分析：证明奇函数，由定义，只需证对定义域内任意一个，都满足即可。该题中要紧扣条件=1\*GB3①给出的表达式，利用该表达式将和分别表示出来，进而得出结论；证明周期函数，由定义，只需寻找一个不为零的常数T，使得对定义域内任意一个，都有。注意到该题的条件=2\*GB3②中是一个正的常数，所以周期定与数有联系，可以计算，等，从中发现规律，得到周期；证明单调性，由定义，假设定义域内的任意两数，，需证明〔单调递增〕或〔单调递减〕。该题中要紧扣条件=3\*GB3③，结合条件=1\*GB3①，将置于区间内，从而利用条件=3\*GB3③来判断的符号，进而得出结论。证明：=1\*GB3①是奇函数对定义域内任意一个，由题意，都存在定义域中的，使，且，根据条件=1\*GB3①，有，所以是奇函数.=2\*GB3②是周期函数由，是函数定义域中的数，且，那么.设是定义域中任意一个数且，那么由条件=1\*GB3①，有，那么，故所以是周期函数，它的一个周期是.=3\*GB3③在内为减函数根据题意可先证明在内为减函数，然后再证明在内为减函数.设定义域内任意两数，那么，由条件=1\*GB3①，有，由于，所以，由条件=3\*GB3③，有，，，从而.故在内为减函数.下证在内也是减函数.设定义域内任意两数，那么，由上可知，由第=2\*GB3②问知，，所以.故，所以.所以在内也是减函数.综上可知，在内为减函数.〔2〕函数存在性问题。该类问题一般是求是否存在满足某些条件的函数，采取方法函数方程法：即假设存在满足条件的函数，根据题设条件，列出方程组，求解函数。例16.证明：任何定义域关于原点对称的函数都可以表示为是一个奇函数和一个偶函数的和.分析：如题所述，可将函数表示成两个函数与之和，那么满足奇函数的性质，满足偶函数的性质，这样即可建立，，分别与，之间的关系，两个方程即可解出与.解：设函数定义域关于原点对称，且，其中是奇函数，是偶函数.那么就有，所以，=1\*GB3①，=2\*GB3②解这个方程组即得：；.例17.设函数对所有实数都满