问题 解答题
已知函数f(x)=
|x|,x∈p
-x2+2x,x∈M
其中P,M是非空数集,且P∩M=φ,设f(P)={y|y=f(x),x∈P},f(M)={y|y=f(x),x∈M}.
(I)若P=(-∞,0),M=[0,4],求f(P)∪f(M);
(II)是否存在实数a>-3,使得P∪M=[-3,a],且f(P)∪f(M)=[-3,2a-3]?若存在,请求出满足条件的实数a;若不存在,请说明理由;
(III)若P∪M=R,且0∈M,I∈P,f(x)是单调递增函数,求集合P,M.
答案

(I)∵P=(-∞,0),∴f(P)={y|y=|x|,x∈(-∞,0)}=(0,+∞),

∵M=[0,4],∴f(M)={y|y=-x2+2x,x∈[0,4]}=[-8,1].

∴f(P)∪f(M)=[-8,+∞)

(II)若-3∈M,则f(-3)=-15∉[-3,2a-3],不符合要求

∴-3∈P,从而f(-3)=3

∵f(-3)=3∈[-3,2a-3]

∴2a-3≥3,得a≥3

若a>3,则2a-3>3>-(x-1)2+1=-x2+2x

∵P∩M=∅,∴2a-3的原象x0∈P且3<x0≤a

∴x0=2a-3≤a,得a≤3,与前提矛盾

∴a=3

此时可取P=[-3,-1)∪[0,3],M=[-1,0),满足题意

(III)∵f(x)是单调递增函数,∴对任意x<0,有f(x)<f(0)=0,∴x∈M

∴(-∞,0)⊆M,同理可证:(1,+∞)⊆P

若存在0<x0<1,使得x0∈M,则1>f(x0)=-x02+2x0>x0

于是[x0,-x02+2x0]⊆M

记x1=-x02+2x0∈(0,1),x2=-x12+2x1,…

∴[x0,x1]∈M,同理可知[x1,x2]∈M,…

由xn+1=-xn2+2xn,得1-xn+1=1+xn2-2xn=(1-xn 2

∴1-xn=(1-xn-1 2=(1-xn-2)22=…=(1-x0)2n

对于任意x∈[x0,1],取[log2log(1-x0)(1-x)-1,log2log(1-x0)(1-x)]中的自然数nx,则

x∈[xnx,xnx+1]⊆M

∴[x0,1)⊆M

综上所述,满足要求的P,M必有如下表示:

P=(0,t)∪[1,+∞),M=(-∞,0]∪[t,1),其中0<t<1

或者P=(0,t]∪[1,+∞),M=(-∞,0]∪(t,1),其中0<t<1

或者P=[1,+∞),M=(-∞,1]

或者P=(0,+∞),M=(-∞,0]

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