题目内容
4.已知集合M是满足下列性质的函数f(x)的全体,存在实数a、k(k≠0),对于定义域内的任意x均有f(a+x)=kf(a-x)成立,称数对(a,k)为函数f(x)的“伴随数对”(1)判断f(x)=x2是否属于集合M,并说明理由;
(2)若函数f(x)=sinx∈M,求满足条件的函数f(x)的所有“伴随数对”;
(3)若(1,1),(2,-1)都是函数f(x)的“伴随数对”,当1≤x<2时,$f(x)=cos({\frac{π}{2}x})$;当x=2时,f(x)=0.求当2014≤x≤2016时,函数y=f(x)的零点.
分析 (1)由题意可得(a+x)2=k(a-x)2,化为(1-k)x2+2a(1+k)x+(1-k)a2=0对x∈R成立,
需满足条件$\left\{\begin{array}{l}{1-k=0}\\{2a(1+k)=0}\\{(1-k){a}^{2}=0}\end{array}\right.$,解方程即可判断;
(2)哟题意可得sin(a+x)=ksin(a-x),运用两角和差公式,化简结合余弦函数的值域即可得到所求数对;
(3)由(1,1)和(2,-1)都是函数f(x)的“伴随数对”,所以f(1+x)=f(1-x)且f(2+x)=-f(2-x),可得f(x)为周期为4的函数,求得0<x<1,1<x<2,2<x<3,3<x<4,x=0,1,2,3,4的函数解析式,可得2014<x<2015,2015<x<2016,x=2014,2015,2016的解析式,即可得到所求零点.
解答 解:(1)由f(x)=x2及f(a+x)=kf(a-x),可得
(a+x)2=k(a-x)2,即为(1-k)x2+2a(1+k)x+(1-k)a2=0对x∈R成立,
需满足条件$\left\{\begin{array}{l}{1-k=0}\\{2a(1+k)=0}\\{(1-k){a}^{2}=0}\end{array}\right.$,解得$\left\{\begin{array}{l}{a=0}\\{k=1}\end{array}\right.$,故k=1≠0,a存在,
所以f(x)=x2∈M.
(2)由f(x)=sinx∈M得:sin(a+x)=ksin(a-x),
sinacosx+cosasinx=k(sinacosx-cosasinx),
所以(1+k)cosasinx+(1-k)sinacosx=0,
$\sqrt{{k}^{2}+2kcos2a+1}$sin(x+φ)=0对任意的x∈R都成立,只有k2+2kcos2a+1=0,
即cos2a=-$\frac{1}{2}$(k+$\frac{1}{k}$),由于|k+$\frac{1}{k}$|≥2(当且仅当k=±1时,等号成立),
所以|cos2a|≥1,又因为|cos2a|≤1,故|cos2a|=1.
其中k=1时,cos2a=-1,a=nπ+$\frac{π}{2}$,n∈Z;
k=-1时,cos2a=1,a=nπ,n∈Z.
故函数f(x)的“伴随数对”为(nπ+$\frac{π}{2}$,1)和(nπ,-1),n∈Z.
(3)因为(1,1)和(2,-1)都是函数f(x)的“伴随数对”,
所以f(1+x)=f(1-x)且f(2+x)=-f(2-x),于是f(x+4)=f(x),
故函数f(x)是以4为周期的函数.
若0<x<1,则1<2-x<2,此时f(x)=f(2-x)=-cos($\frac{π}{2}$x),
若2<x<3,则1<4-x<2,此时f(x)=-f(4-x)=-cos($\frac{π}{2}$x),
若3<x<4,则0<4-x<1,此时f(x)=-f(4-x)=cos($\frac{π}{2}$x),
f(x)=$\left\{\begin{array}{l}{-cos(\frac{π}{2}x),0<x<1}\\{cos(\frac{π}{2}x),1<x<2}\\{-cos(\frac{π}{2}x),2<x<3}\\{cos(\frac{π}{2}x),3<x<4}\\{0,x=0,1,2,3,4}\end{array}\right.$故f(x)=$\left\{\begin{array}{l}{-cos(\frac{π}{2}x),2014<x<2015}\\{cos(\frac{π}{2}x),2015<x<2016}\\{0,x=2014,2015,2016}\end{array}\right.$
当2014≤x≤2016时,函数f(x)的零点分别为2014,2015,2016.
点评 本题考查新定义的理解和运用,考查函数的性质和运用,主要考查函数的周期性和函数的解析式的求法,函数的零点的求法,考查运算能力,属于中档题.
| A. | {2,3} | B. | {0,1,2} | C. | {1,2,3} | D. | {0,1} |