已知集合MD是满足下列性质的函数f(x)的全体:存在非零常数k,使得对定义域D内的任意两个不同的实数x1,x2,均有|f(x1)-f(x2)|≤k|x1-x2|成立.
(Ⅰ)?当D=R时,f(x)=x是否属于MD?说明理由;
(Ⅱ)?当D=[0,+∞)时,函数属于MD,求k的取值范围;
(Ⅲ)?现有函数f(x)=sinx,是否存在函数g(x)=kx+b(k≠0),使得下列条件同时成立:
①函数g(x)∈MD;
②方程g(x)=0的根t也是方程f(x)=0的根,且g(f(t))=f(g(t));
③方程f(g(x))=g(f(x))在区间[0,2π)上有且仅有一解.若存在,求出满足条件的k和b;若不存在,说明理由.
网友回答
解:(Ⅰ)属于MD.
事实上,对任意x1,x2∈R,|f(x1)-f(x2)|=|x1-x2|≤2|x1-x2|,
故可取常数k=2满足题意,因此f(x)∈MD.
(Ⅱ)∵在[0,+∞)为增函数
∴对任意x1,x2∈[0,+∞)有=
(当x1=0,x2→0时取到),所以,此即为所求.
(Ⅲ)存在.
事实上,由(Ⅰ)可知,g(x)=kx+b(k≠0)属于MD.
∵t是g(x)=0的根∴,
又f(g(t))=g(f(t)),∴f(0)=g(0),∴b=0,∴g(x)=kx
若k符合题意,则-k也符合题意,故以下仅考虑k>0的情形.
设h(x)=f(g(x))-g(f(x))=sinkx-ksinx,
①若k≥1,则
由,
且,
所以,在中另有一根,矛盾.
②若,
则=sin2kπ-ksin2π<0,
所以在中另有一根,矛盾.∴.
以下证明,对任意符合题意.
(ⅰ)当时,由y=sinx图象在连接两点(0,0),(x,sinx)的线段的上方知sinkx>ksinx
∴h(x)>0.
(ⅱ)当时,.
(ⅲ)当时,sinkx>0,sinx<0,∴h(x)>0.
从而h(x)=0有且仅有一个解x=0,∴g(x)=kx在满足题意.
综上所述:为所求.
解析分析:(Ⅰ)先求出,|f(x1)-f(x2)|=|x1-x2|得到其小于等于2|x1-x2|,即可说明其成立.(当然也可以取其它k值)
(Ⅱ)直接对进行整理,根据其取值范围即可得到k的取值范围;
(Ⅲ)先根据(Ⅰ)可知,g(x)=kx+b(k≠0)属于MD,再借助于t是g(x)=0的根,以及f(g(t))=g(f(t)),得到g(x)=kx;最后根据k符合题意,则-k也符合题意,只需要借助与第三个要求求出k>0时对应的范围,再综合即可得到结论.
点评:本题是在新定义下对函数恒成立问题的考查,第三问比较麻烦,建议程度较差的学生直接略过,只须看前两问即可.