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Michael Jackson

函数四大特性习题

1589 字
8 分钟
函数四大特性习题

#专项练习题

适用阶段:考研数学基础阶段 建议用时:40 分钟 核心目标:巩固定义、熟练方法、掌握秒杀技巧


一、选择题(每题只有一个正确选项)#

  1. 【有界性】下列函数中,在(−∞,+∞)(-\infty,+\infty)内有界的是( ) A. f(x)=x21+xf(x)=\frac{x^2}{1+x} B. f(x)=11+x2f(x)=\frac{1}{1+x^2} C. f(x)=xsin⁡xf(x)=x\sin x D. f(x)=exf(x)=e^x

  2. 【单调性】设f(x)f(x)在R\mathbb{R}上严格单调递减,则下列函数中一定严格单调递增的是( ) A. f(x+1)f(x+1) B. −f(x)-f(x) C. f(x2)f(x^2) D. ∣f(x)∣|f(x)|

  3. 【奇偶性】设f(x)f(x)是奇函数,g(x)g(x)是偶函数,则下列函数中一定为奇函数的是( ) A. f(x)+g(x)f(x)+g(x) B. f(x)⋅g(x)f(x)\cdot g(x) C. f(g(x))f(g(x)) D. g(f(x))g(f(x))

  4. 【周期性】设函数f(x)f(x)定义域为R\mathbb{R},且对任意xx满足f(x+1)=−f(x)f(x+1) = -f(x),则f(x)f(x)的一个周期为( ) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

  5. 【综合判断】下列说法正确的是( ) A. 若f(x)f(x)在区间(a,b)(a,b)内有界,则f(x)f(x)在(a,b)(a,b)内必连续 B. 若f(x)f(x)是奇函数,则必有f(0)=0f(0)=0 C. 若f(x)f(x)是周期函数,则其导函数也是周期函数 D. 严格单调函数必有反函数,且反函数与原函数单调性相同

二、证明题#

  1. 【有界性・均值不等式法】证明函数 f(x)=x21+x4f(x)=\frac{x^2}{1+x^4} 在 (−∞,+∞)(-\infty,+\infty) 内有界。

  2. 【单调性・定义法】设函数f(x)f(x)在R\mathbb{R}上满足f(x+y)=f(x)+f(y)f(x+y)=f(x)+f(y),且当x>0x>0时,f(x)>0f(x)>0。证明:f(x)f(x)在R\mathbb{R}上严格单调递增。

  3. 【奇偶性・赋值法】设函数f(x)f(x)定义域为R\mathbb{R},且对任意实数x,yx,y均满足: f(xy)=xf(y)+yf(x)f(xy) = x f(y) + y f(x) 证明:f(x)f(x)是奇函数。

  4. 【周期性・迭代法】设函数f(x)f(x)在R\mathbb{R}上满足 f(x+a)=1f(x) (a>0, f(x)≠0)f(x+a) = \frac{1}{f(x)}\ (a>0,\ f(x)\neq0),证明f(x)f(x)是以2a2a为周期的周期函数。

  5. 【周期性・差分累加法】设f(x)f(x)在R\mathbb{R}上满足 f(x)=f(x−1)+sin⁡πxf(x) = f(x-1) + \sin\pi x,证明f(x)f(x)是以22为周期的周期函数。


答案与详细解析#

一、选择题#

  1. 答案:B 【解析】

    • A:分母1+x1+x在x=−1x=-1处为 0,x→−1x\to-1时函数趋向无穷,无界;且分子次数等于分母次数,x→∞x\to\infty时函数趋向无穷。

    • B:分母1+x21+x^2恒正无零点,分母次数(2 次)> 分子次数(0 次),满足有界条件;事实上0<11+x2≤10<\frac{1}{1+x^2}\le1,有界。

    • C:取x=2kπ+π2x=2k\pi+\frac{\pi}{2},k→∞k\to\infty时f(x)→∞f(x)\to\infty,无界。

    • D:x→+∞x\to+\infty时ex→+∞e^x\to+\infty,无界。 【技巧】有理分式有界性可直接用 “分母无零点 + 分母次数> 分子次数” 秒判。

  2. 答案:B 【解析】

    • A:f(x+1)f(x+1)是函数图像向左平移 1 个单位,单调性与原函数一致,仍严格递减。

    • B:函数整体加负号,单调性反转。严格递减函数取负后变为严格递增,正确。

    • C:内层u=x2u=x^2在(−∞,0)(-\infty,0)递减,在(0,+∞)(0,+\infty)递增,与递减的外层复合后,f(x2)f(x^2)在(−∞,0)(-\infty,0)递增,在(0,+∞)(0,+\infty)递减,非全局单调。

    • D:绝对值会将负函数值翻折,破坏单调性。反例:取f(x)=−xf(x)=-x,则∣f(x)∣=∣x∣|f(x)|=|x|,不全局递增。 【技巧】牢记:整体取负、自变量取负都会反转单调性;平移不改变单调性。

  3. 答案:B 【解析】 奇偶运算核心规律:奇 × 偶 = 奇,奇 × 奇 = 偶,偶 × 偶 = 偶。

    • A:奇函数 + 偶函数,一般为非奇非偶函数(除非其中一个恒为 0)。

    • B:奇函数 × 偶函数 = 奇函数,正确。

    • C:复合函数f(g(x))f(g(x)),内层偶、外层奇,结果为偶函数:f(g(−x))=f(g(x))f(g(-x))=f(g(x))。

    • D:复合函数g(f(x))g(f(x)),内层奇、外层偶,结果为偶函数:g(f(−x))=g(−f(x))=g(f(x))g(f(-x))=g(-f(x))=g(f(x))。

  4. 答案:B 【解析】 迭代代换:已知f(x+1)=−f(x)f(x+1)=-f(x),将xx替换为x+1x+1,得: f(x+2)=−f(x+1)=−[−f(x)]=f(x)f(x+2) = -f(x+1) = -[-f(x)] = f(x) 因此周期为 2。 【高频结论】若f(x+a)=−f(x)f(x+a)=-f(x),则T=2aT=2a是函数的一个周期。

  5. 答案:D 【解析】

    • A:错误。有界推不出连续,例如狄利克雷函数处处有界但处处不连续。

    • B:错误。只有当奇函数在x=0x=0处有定义时,才有f(0)=0f(0)=0,若定义域不含 0 则不成立。

    • C:错误。只有当函数可导时,周期函数的导函数才是同周期的周期函数,选项未说明可导。

    • D:正确。严格单调函数是一一映射,必有反函数,且反函数与原函数单调性一致。


二、证明题#

  1. 证明: 对任意实数xx,由均值不等式 a2+b2≥2aba^2+b^2\ge2ab,令a=1, b=x2a=1,\ b=x^2,得: 1+x4≥2⋅1⋅x2=2x21+x^4 \ge 2\cdot1\cdot x^2 = 2x^2 由于1+x4>01+x^4>0,两边取倒数得: 11+x4≤12x2(x≠0)\frac{1}{1+x^4} \le \frac{1}{2x^2} \quad (x\neq0) 对函数取绝对值(函数恒非负): f(x)=x21+x4≤x22x2=12f(x) = \frac{x^2}{1+x^4} \le \frac{x^2}{2x^2} = \frac{1}{2} 当x=0x=0时,f(0)=0f(0)=0,显然满足f(x)≤12f(x)\le\frac{1}{2}。 取M=12M=\frac{1}{2},对所有x∈Rx\in\mathbb{R}都有∣f(x)∣≤M|f(x)|\le M,故f(x)f(x)在R\mathbb{R}内有界。 【考点】均值不等式放缩证明有界性

  2. 证明: 任取x1,x2∈Rx_1,x_2\in\mathbb{R},且x1<x2x_1<x_2,则x2−x1>0x_2-x_1>0。 由题设条件,当x>0x>0时f(x)>0f(x)>0,因此: f(x2−x1)>0f(x_2 - x_1) > 0 利用函数方程f(x+y)=f(x)+f(y)f(x+y)=f(x)+f(y),将f(x2)f(x_2)变形拆分: f(x2)=f(x1+(x2−x1))=f(x1)+f(x2−x1)f(x_2) = f\left(x_1 + (x_2 - x_1)\right) = f(x_1) + f(x_2 - x_1) 作差得: f(x2)−f(x1)=f(x2−x1)>0f(x_2) - f(x_1) = f(x_2 - x_1) > 0 即f(x2)>f(x1)f(x_2) > f(x_1),由严格单调递增定义,f(x)f(x)在R\mathbb{R}上严格单调递增。 【考点】单调性定义 + 柯西方程变形,核心是作差后利用已知条件判断符号

  3. 证明: 第一步:求特殊值f(0)f(0) 令x=y=0x=y=0,代入方程得: f(0)=0⋅f(0)+0⋅f(0)=0f(0) = 0\cdot f(0) + 0\cdot f(0) = 0

    第二步:求f(−1)f(-1)的值 令x=y=1x=y=1,得:f(1)=1⋅f(1)+1⋅f(1)=2f(1)  ⟹  f(1)=0f(1) = 1\cdot f(1) + 1\cdot f(1) = 2f(1) \implies f(1)=0 令x=−1, y=−1x=-1,\ y=-1,得:f(1)=(−1)f(−1)+(−1)f(−1)=−2f(−1)f(1) = (-1)f(-1) + (-1)f(-1) = -2f(-1) 代入f(1)=0f(1)=0,解得f(−1)=0f(-1)=0。

    第三步:验证奇函数定义 令y=−1y=-1,对任意实数xx代入方程: f(−x)=x⋅f(−1)+(−1)⋅f(x)f(-x) = x\cdot f(-1) + (-1)\cdot f(x) 代入f(−1)=0f(-1)=0,化简得: f(−x)=−f(x)f(-x) = -f(x) 函数定义域为R\mathbb{R},关于原点对称,故f(x)f(x)是奇函数。 【考点】赋值法证明奇偶性,通过特殊值搭建f(−x)f(-x)与f(x)f(x)的关系

  4. 证明: 已知对任意xx,有 f(x+a)=1f(x)f(x+a) = \frac{1}{f(x)}。 将等式中所有xx替换为x+ax+a,得: f(x+2a)=1f(x+a)f(x+2a) = \frac{1}{f(x+a)} 将f(x+a)=1f(x)f(x+a)=\frac{1}{f(x)}代入上式: f(x+2a)=11f(x)=f(x)f(x+2a) = \frac{1}{\frac{1}{f(x)}} = f(x) 因此f(x)f(x)是以2a2a为周期的周期函数。 【高频结论】若f(x+a)=±1f(x)f(x+a)=\pm\frac{1}{f(x)},则T=2aT=2a是函数的一个周期。

  5. 证明(差分累加法): 将原式改写为差分形式: f(x)−f(x−1)=sin⁡πxf(x) - f(x-1) = \sin\pi x 分别将xx替换为x+1x+1、x+2x+2,得到两个等式: f(x+1)−f(x)=sin⁡[π(x+1)]=sin⁡(πx+π)=−sin⁡πxf(x+1) - f(x) = \sin\left[\pi(x+1)\right] = \sin(\pi x + \pi) = -\sin\pi x f(x+2)−f(x+1)=sin⁡[π(x+2)]=sin⁡(πx+2π)=sin⁡πxf(x+2) - f(x+1) = \sin\left[\pi(x+2)\right] = \sin(\pi x + 2\pi) = \sin\pi x 将以上两式左右两边分别相加,左边中间项抵消: f(x+2)−f(x)=−sin⁡πx+sin⁡πx=0f(x+2) - f(x) = -\sin\pi x + \sin\pi x = 0 即f(x+2)=f(x)f(x+2)=f(x),故f(x)f(x)是以22为周期的周期函数。 【考点】差分累加法证明周期性,利用三角函数周期性抵消附加项

(注:部分内容可能由 AI 生成)

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函数四大特性习题
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作者
穆哈麦提
发布于
2026-07-09
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