问题: 一道高考数学题
已知定义在R上的奇函数f(x)满足f(x-4)=-f(x),且在区间【0,2】上是增函数,若方程f(x)=m(m>0)在区间【-8,8】上有四个不同的根x1,x2,x3,x4,则x1+x2+x3+x4=?
(请给出详细解答,最好能画出函数图像,谢谢!!!!)
解答:
奇函数
所以
f(x-4)=-f(x)=f(-x),换一个写法,就是f(x) =f(-4-x),这个公式告诉了,这个函数,关于x=-2这条直线对称。
思维倘若敏捷,想到这个对称,以及奇函数,可以猜测这个是一个周期函数,的确如此。
f(x-4)=-f(x),换一个写法,就
是f(x-4)+ f(x)=0
以及
f(x) + f(x+4)=0
这两个式子相减就可以消除f(x)
就是f(x-4) =f(x+4)
或者 f(x) = f(x+8)
所以这是一个周期为8的周期函数。
所以所求的区间(-8,8)是两个周期。
根据题意,所求的两个区间有4个根,那个在一个周期内就是两个根。
所以,函数关于x=-2直线对称,并且周期是8,
现在分析条件在区间(0,2)单调增。因为是奇函数,所以对于(-2,0)区间也是单调增。又因为关于x=-2对称,可以知道在区间(-4,-2)以及(-6,-4)单调减。
现在分析所求区间的各段增减情况
(-8,-6)增,(-6,-4)减,(-4,-2)减,(-2,0)增,(0,2)增,(2,4)减,(4,6)减,(6,8)增。
只要考虑长度为8的一个周期。以x=-2为对称,那就考虑(-6,2),这个区间,这个区间应该只有两个根,并且两个根一个在增的分段,另一个在减的分段。这两个根和x=-2对称,所以这两个跟x1,x2之和 x1+x2=-4,
再考虑另外一个区间的根的情况。
分析(-6,2)这个区间,仔细想一下,可以发现两个情况,情况1,x1,x2 分别属于(-6,-4),(0,2)段,根据周期8,以及对称,可以知道灵感两个跟x3,x4属于区间(2,4),(-8,-6)段,这四个根都关于x=-2对称,此时四个根之和就是:
x1+x2+x3+x4=-4+(-4)=-8
情况2,x1,x2属于(-4,-2),(-2,0)段,此时由于周期的原因,另外两个根x3,x4属于(4,6),(6,8),并且x1+8=x3,x2+8=x4,所以此时x1+x2+x3+x4=-4+8+8-4=8
综合两种情况
所求的解是8或者-8.
此题目甚难,如果出在高考,实际花费时间也就30min了,估计我只能做到周期函数部分。
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