题目内容

一个函数f(x),如果对任意一个三角形,只要它的三边长a,b,c都在f(x)的定义域内,就有f(a),f(b),f(c)也是某个三角形的三边长,则称f(x)为“保三角形函数”.
(Ⅰ)判断f1(x)=
x
,f2(x)=x,f3(x)=x2中,哪些是“保三角形函数”,哪些不是,并说明理由;
(Ⅱ)如果g(x)是定义在R上的周期函数,且值域为(0,+∞),证明g(x)不是“保三角形函数”;
(Ⅲ)若函数F(x)=sinx,x∈(0,A)是“保三角形函数”,求A的最大值.
(可以利用公式sinx+siny=2sin
x+y
2
cos
x-y
2
)
分析:(1)任给三角形,设它的三边长分别为a,b,c,则a+b>c,不妨假设a≤c,b≤c,我们判断f(a),f(b),f(c)是否满足任意两数之和大于第三个数,即任意两边之和大于第三边(2)要想一个函数不是“保三角形函数”关键是根据题中条件g(x)是定义在R上的周期函数,且值域为(0,+∞),举出反例.(3)则是要利用“保三角形函数”的概念,求A的最值,观察到Sinx的最大值为1,且Sin
5π
6
=
1
2
,故可猜想
5π
6
可能为分类讨论的分类标准,所以解答过程可通过对x与
5π
6
的关系进行分类讨论,最后给出结论.
解答:解:(I)f1(x),f2(x)是“保三角形函数”,f3(x)不是“保三角形函数”.
任给三角形,设它的三边长分别为a,b,c,则a+b>c,不妨假设a≤c,b≤c,
由于
a
+
b
>
a+b
>
c
>0
,所以f1(x),f2(x)是“保三角形函数”.
对于f3(x),3,3,5可作为一个三角形的三边长,但32+32<52,
所以不存在三角形以32,32,52为三边长,故f3(x)不是“保三角形函数”.
(II)设T>0为g(x)的一个周期,由于其值域为(0,+∞),
所以,存在n>m>0,使得g(m)=1,g(n)=2,
取正整数λ>
n-m
T
,可知λT+m,λT+m,n这三个数可作为一个三角形的三边长,
但g(λT+m)=1,g(λT+m)=1,g(n)=2不能作为任何一个三角形的三边长.
故g(x)不是“保三角形函数”.
(III)A的最大值为
5π
6

①若A>
5π
6
,
取
π
2
,
5π
6
,
5π
6
∈(0,A)
,显然这三个数可作为一个三角形的三边长,
但sin
π
2
=1,sin
5π
6
=
1
2
,sin
5π
6
=
1
2
不能作为任何一个三角形的三边长,
故F(x)不是“保三角形函数”.
②当A=
5π
6
时,对任意三角形的三边a,b,c,若a,b,c∈(0,
5π
6
)
,则分类讨论如下:
(1)a+b+c≥2π,
此时a≥2π-b-c>2π-
5π
6
-
5π
6
=
π
3
,同理,b,c>
π
3
,
∴a,b,c∈(
π
3
,
5π
6
)
,故sina,sinb,sinc∈(
1
2
,1]
,sina+sinb>
1
2
+
1
2
=1≥sinc
.
同理可证其余两式.
∴sina,sinb,sinc可作为某个三角形的三边长.
(2)a+b+c<2π
此时,
a+b
2
+
c
2
<π
,可得如下两种情况:
a+b
2
≤
π
2
时,由于a+b>c,所以,0<
c
2
<
a+b
2
≤
π
2
.
由sinx在(0,
π
2
]
上的单调性可得0<sin
c
2
<sin
a+b
2
≤1
;
a+b
2
>
π
2
时,0<
c
2
<π-
a+b
2
<
π
2
,
同样,由sinx在(0,
π
2
)
上的单调性可得0<sin
c
2
<sin
a+b
2
<1
;
总之,0<sin
c
2
<sin
a+b
2
≤1
.
又由|a-b|<c<
5π
6
及余弦函数在(0,π)上单调递减,
得cos
a-b
2
=cos
|a-b|
2
>cos
c
2
>cos
5π
12
>0
,
∴sina+sinb=2sin
a+b
2
cos
a-b
2
>2sin
c
2
cos
c
2
=sinc
.
同理可证其余两式,所以sina,sinb,sinc也是某个三角形的三边长.
故A=
5π
6
时,F(x)是“保三角形函数”.
综上,A的最大值为
5π
6
.
点评:演绎推理的主要形式就是由大前提、小前提推出结论的三段论推理.三段论推理的依据用集合论的观点来讲就是:若集合M的所有元素都具有性质P,S是M的子集,那么S中所有元素都具有性质P.要想判断f(x)为“保三角形函数”,要经过严密的论证说明f(x)满足“保三角形函数”的概念,但要判断f(x)不为“保三角形函数”,仅须要举出一个反例即可.
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