题目
- (17分)
已知函数f(x)的定义域为R,且当x<0时,f(x)=2x. 对任意x0∈R,定义集合D(x0)={d∈R∣f(x0+d)>f(x0)}.
(1)若当x≥0时,f(x)=1−x,求D(−1);
(2)若f(x)是奇函数,f(x1)≤f(x2),且x1x2=0,证明:D(x2)⊆D(x1);
(3)设f(x)满足:①若f(x1)≤f(x2),则D(x2)⊆D(x1);②当0<x<1时,f(x)<f(0).
(i)证明:f(0)≥1;
(ii)证明:f(x)在区间(0,+∞)单调递增.
(1)
D(−1)={d∈R∣f(−1+d)>f(−1)}即要考虑函数值大于x=−1的自变量的集合,结合函数单调性,f(x′)>f(−1)=21,
可以解得x∈(−1,21),d∈(0,23). 即D(−1)=(0,23).
(2)
D(x1)={d∈R∣f(x1+d)>f(x1)},D(x2)={d∈R∣f(x2+d)>f(x2)}.
由题意得,f(x)为分段函数.
1)x1<0时,x1≤x2<0,此时D(x1)=(0,−x1),D(x2)=(0,−x2),−x1≥−x2,故D(x2)⊂D(x1).
2)x1>0时,x2>x1或 x2<0,此时D(x1)=(0,+∞)∪(−∞,−x1).
x2>x1时,D(x2)=(0,+∞)∪(−∞,−x2),−x2<−x1,D(x2)⊂D(x1).
x2<0时,D(x2)=(0,−x2),D(x2)⊂D(x1).
综上,D(x2)⊂D(x1) ■
(3)
(i)
假设存在f(0)<1,∀ε>0,一定存在一个足够小的x0<0,使得0−x0=ε.
若f(0)<1,那么有f(0)<f(x0)<1. 由定理①得,D(x0)⊆D(0).
再构造x0′=2x0,d=−2x0. 此时对应的x0′+d=2x0. 因为22x0>2x0,所以d∈D(x0),也就有d∈D(0),f(d+0)>f(0).
而由定理②,f(d)<f(0)(d>0),矛盾,故f(0)≥1. ■
(ii)[1]
1)考虑 x∈(0,1) 的情况
由题设,∀x∈(0,1) 有 f(x)<f(0)。
设 x=x1∈(0,1)。
因为 f(−x1+(x1))=f(0)>f(x1),故 −x1∈D(x1)。
假设 f(x1)>0,则 ∃x2=min{−1,log2f(x1)−1},使得 f(x2)<f(x1)。
由①, D(x1)⊆D(x2),即 −x1∈D(x2),
即 f(x2+(−x1))>f(x2),
即 2x2−x1>2x2,矛盾。
故 ∀x∈(0,1),f(x)⩽0。
2)考虑 x∈[1,+∞) 的情况
设 x=x3∈[1,+∞)。
假设 f(x3)>0,则 ∃x4=min{−1,log2f(x3)−1},使得 f(x4)<f(x3)。
令 d=x3−x4,则:
- f(x4+d)=f(x3+x4−x4)=f(x3)>f(x4),故 d∈D(x4)。
- 取 a∈(0,1),则有 x3−a>0,故 2x4−(x3−a)<2x4,即 f(x4−(x3−a))<f(x3)。
- 故 D(x4)⊆D(x4−(x3−a)),则有 d∈D(x4−(x3−a))。
- 即 f(x4−(x3−a)+d)=f(x4−x3+a+x3−x4)=f(a)>f(x4−(x3−a))>0。
而 a∈(0,1),应有 f(a)≤0,矛盾。
综上所述,∀x∈(0,+∞),f(x)≤0。
3)单调性证明
∀x′,x′′∈(0,+∞),不妨设 x′<x′′。
取 Δx=x′′−x′。
考虑 f(−x′′+Δx)=f(−x′′+x′′−x′)=f(−x′)>f(−x′′)。
故 Δx∈D(−x′′)。
而 f(−x′′)>0>f(x′),
故 D(−x′′)⊆D(x′)。
即 Δx∈D(x′)。
则 f(x′+Δx)=f(x′+x′′−x′)=f(x′′)>f(x′)。
故 f(x) 在 (0,+∞) 单调递增。 ■
[1]zczzzzz. 微信聊天记录[J/OL]. [2026-6-8].