问题 解答题

已知函数f(x)的图象在[a,b]上连续不断,定义:f1(x)=min{f(t)|a≤t≤x}(x∈[a,b]),f2(x)=max{f(t)|a≤t≤x}(x∈[a,b]),其中,min{f(x)|x∈D}表示函数f(x)在D上的最小值,max{f(x)|x∈D}表示函数f(x)在D上的最大值.若存在最小正整数k,使得f2(x)﹣f1(x)≤k(x﹣a)对任意的x∈[a,b]成立,则称函数f(x)为[a,b]上的“k阶收缩函数”.

(1)若f(x)=cosx,x∈[0,π],试写出f1(x),f2(x)的表达式;

(2)已知函数f(x)=x2,x∈[﹣1,4],试判断f(x)是否为[﹣1,4]上的“k阶收缩函数”,如果是,求出对应的k;如果不是,请说明理由;

(3)已知b>0,函数f(x)=﹣x3+3x2是[0,b]上的2阶收缩函数,求b的取值范围.

答案

解:(Ⅰ)由题意可得:f1(x)=cosx,x∈[0,π],f2(x)=1,x∈[0,π].

(Ⅱ)

 当x∈[﹣1,0]时,1﹣x2≤k(x+1),∴k≥1﹣x,k≥2;

当x∈(0,1)时,1≤k(x+1),∴,∴k≥1;

当x∈[1,4]时,x2≤k(x+1),∴,∴

综上所述,∴

即存在k=4,使得f(x)是[﹣1,4]上的4阶收缩函数.

(Ⅲ)f'(x)=﹣3x2+6x=﹣3x(x﹣2),令f'(x)=0得x=0或x=2.

 函数f(x)的变化情况如下:

令f(x)=0,解得x=0或3.

(ⅰ)b≤2时,f(x)在[0,b]上单调递增,

因此,f2(x)=f(x)=﹣x3+3x2,f1(x)=f(0)=0.

因为f(x)=﹣x3+3x2是[0,b]上的2阶收缩函数,

所以,①f2(x)﹣f1(x)≤2(x﹣0)对x∈[0,b]恒成立;

②存在x∈[0,b],使得f2(x)﹣f1(x)>(x﹣0)成立.

①即:﹣x3+3x2≤2x对x∈[0,b]恒成立,

由﹣x3+3x2≤2x,解得:0≤x≤1或x≥2,

要使﹣x3+3x2≤2x对x∈[0,b]恒成立,需且只需0<b≤1.

②即:存在x∈[0,b],使得x(x2﹣3x+1)<0成立.

由x(x2﹣3x+1)<0得:x<0或

所以,需且只需

综合①②可得:

(ⅱ)当b>2时,显然有,由于f(x)在[0,2]上单调递增,

根据定义可得:

可得

此时,f2(x)﹣f1(x)≤2(x﹣0)不成立.

综合ⅰ)ⅱ)可得:

注:在ⅱ)中只要取区间(1,2)内的一个数来构造反例均可,这里用只是因为简单而已.

选择题
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