集合 是由适合以下性质的函数 构成的:对于任意的 ,都有 。
(1)分别判断函数 及 是否在集合 中,并说明理由。
(2)设函数 且 ,试求 的取值范围。
(3)在(2)的条件下,若 ,且对满足(2)的实数 ,存在最小的实数 ,使得当 时, 恒成立,试写出用 表示 的表达式。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
差商界称Lipschitz条件,可直接按两点差证明。连通区间要求中间没有不合法缺口;曲线与边界相切只出现等号,不会像穿越那样切断可行区间。
想法从哪来:统一差商界就是函数不能比给定斜率变化更快;先对具体函数求差或选靠近定义域端点的反例。二次函数的差商直接是a乘两点和加b,这个和可遍历一个开区间,所以参数区域由两端的极限控制,最终是闭菱形。加上定点值后剩一参数,第三问其实问双侧水平带中包含右端点的最大连续区间,而不是整个不等式解集的最左点。先求上边界的外层区间,再判断抛物线最低点是否穿破下边界。相切临界时可行集仍连通,应取外层左端;只有真正穿过才改取下边界较大根。线性参数零还须单列。
把任意两点间的函数差条件写成差商界。二次函数的差商能直接给出系数区域;附加定点值后,再研究抛物线在两条水平线之间、且与指定右端点相连的那一段,切触临界值不能按穿越处理。
(1)当 时,
时也成立,所以 。 取 ,,则 ,而 ,故 。
(2)对 ,条件等价于 。 任意 均可写成两个不同的 之和,故条件等价于
再由线性式的连续性,等价于 、,也就是
因此 。 反之,任给 ,取 ,即满足(1)且 。 所以所求范围为 。
(3)由 ,有 ,代入(1)得 。 当 时,,故 的解集为 ,从而 。 以下设 。此时
故 当且仅当 。 抛物线顶点横坐标为 ,最小值为
记 。 当 时,,所以整个 都满足 ,其左侧立即有 ,故 。
当 时,。方程 有两个不同实根,中间区间使 ,因此含 的可行相连区间只能从较大根开始,故
这个起点左侧立即出现 ,不能再向左延长。 综上,
对对数函数取 ,函数值差为1,而允许上界只有 ,反例确在开定义区间内。第三问取 ,有 、,靠近右端点的可行段是 。在临界系数处最低点只接触 ,可行段不会被断开,故必须采用完整的外层区间左端。
一致差商界可把函数条件转成系数的线性绝对值区域,开区间的极限仍能给出闭的参数界。反求一段连续可行区间时,要区分曲线穿过边界与仅仅相切;两段在相切时连通,最小左端点可能发生跳变。
三问衔接差商约束的必要充分性、参数区域内的全范围可达与二次函数可行区间分类,临界切触还会改变区间连通性。
核心工具:区分恒成立与存在,求参数范围并验证、按断点分段讨论
已记下,谢谢!