例题 01 周期归约后的两个代表输入
题目
已知函数是定义在上的奇函数,,且,则( )
A. B.0 C.1 D.2
答案与解析
解析
全实数域奇性给 ,由 得 。题给全域关系保证4是一个周期,反复平移合法。
所以两项分别为 、,和为1,选 C。A 的−1、B 的0、D 的2都不符。这里只需一个周期4,不声称最小,也不需要求完整解析式。
本题结论
C,所求和为1。
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周期重复的是完整函数,不只是几个相等的数值。先从全域关系证明合法平移,再把目标输入或整个求和序列移回已知位置;输出反号、分组余项和原公式禁值都不能丢。
本手册采用完整图象重复的口径:T>0 为一个周期,要求域 D 在左右平移 T 后不变,即合法 x 的 x±T 都合法,且对每个 x∈D 有 f(x+T)=f(x)。
把 x−T 代入原式,得 f(x−T)=f(x);连续应用可得 f(x+nT)=f(x),其中 n 为任意整数。正整数倍 nT 也都是周期。少数样点相等或一段局部公式重复,都不足以证明全函数周期。
若原关系先给负的非零平移步长,可以用反向等式改写成其绝对值的正周期;0不称周期,否则任何函数都会平凡满足。
证明 T 是一个周期,只证明平移它可重复;称它最小,还须排除所有 0<S<T 的可能周期,不能只试几个候选或几个输入。
求远处函数值、按周期分组,只需要一个已证周期,不必加“最小”。全实数域上的常函数每个正数都是周期,却没有最小正周期;因此周期存在,也不保证最小正周期存在。
若域在 ±L 平移下保持,L>0,且 f(x+L)=−f(x) 对全部合法输入成立,则
f(x+2L)=−f(x+L)=−[−f(x)]=f(x).
所以 2L 是一个周期。L 是反周期步长,不应直接按同值平移;只有全域输出恒零时,此步长同时也是普通周期。已知负的反周期步长,可以反向移回其绝对值。
f(x+L)=f(x)+c(固定 c=0)则是输出增加常数,L 本身不是周期;这不自动排除另一个不同的周期,不能把一种关系扩大为所有情况的否定。
若完整图象关于两个不同轴 x=a,x=b 对称,先反射输入到 2a−x,再反射到 2b−(2a−x)=x+2(b−a),于是
f(x+2(b−a))=f(2a−x)=f(x).
两次反射都保持域,反方向同理,所以 2∣b−a∣ 是一个周期。不能只合并公式却忘记反射后的输入是否合法。
若函数奇且关于 x=a 对称,将轴关系中的输入换成 −x:f(2a+x)=f(−x)=−f(x)。a=0 时得到反周期步长 2∣a∣,再得普通周期 4∣a∣;若函数偶,则 f(2a+x)=f(x),2∣a∣ 已是普通周期。a=0 没有产生非零平移,不能把0当周期。
先用题给固定值把双变量关系化成相邻输出等式,再用合法平移输入写第二式,消去中间项。例如
f(x+2)+f(x−2)=f(x),
移 x 为 x+2 得 f(x+4)+f(x)=f(x+2)。两式结合,f(x+4)=f(x+2)−f(x)=−f(x−2);再移输入得 f(x+6)=−f(x),两次应用得到周期12。
遇到乘积关系如 f(x+2)f(x)=4,先说明所有相关函数值非零,再与平移后的 f(x+4)f(x+2)=4 比较,才可约掉共同项得到周期4。不能无条件除以函数值;初值与原关系也要核调用范围。
f(1/x) 改变输入,1/f(x) 改变输出,f(−x) 是相反输入,三者不能互换。资料中将 f(x+a)=±f(1/x) 直接当成周期 2a 的判据,一般不成立,应回到实际关系逐步证明。
正号关系的核验反例。 令 α=(1+5)/2,全实数域函数仅在 t=α 取1,其他输入取0。因 α(α−1)=1,对每个 x=0,x+1=α 当且仅当 1/x=α,所以 f(x+1)=f(1/x);但 f(α)=1、f(α+2)=0,2不是周期。
负号关系也不能照搬。 令 q(t)=t2−t−1,定义 F(t) 在 q(t)>0 时为1,在 q(t)=0 时为0,在 q(t)<0 时为−1。对 x=0,q(x+1)=x2+x−1,而 q(1/x)=−(x2+x−1)/x2,所以 F(x+1)=−F(1/x)。但 F(0)=−1,F(2)=1,2仍不是周期。这是对错误速记的直接核验,不是另添练习题。
求一个值时写 x=nT+r,使代表输入 r 落在有已知值或可用公式的范围,才有 f(x)=f(r)。是移动输入,不是把输出除以周期。
求连续整数项的和,还须确认整数序列每几项重复。若每 k 项重复,从 f(1) 起共 N=qk+r 项,0≤r<k,则
i=1∑Nf(i)=qi=1∑kf(i)+i=1∑rf(i).
余项从1再开始,是因为前面已经推进了 qk 个索引;r=0 时余项和为0。从 f(0) 起则应调整整组起点。先求完整一组每个值及组和,再算整组数和余项,不能只对最大下标取余就代替整个和。
非整数周期不能机械当作整数项数;例如反周期 3/2 不会让相邻整数输出自动相反,但两次平移所得整数周期3可按三项分组。反周期配对相消时,也须核每项确有配对及剩余项。
旧公式只在集合 S 上成立,要写 f(x)=f(x−T) 并代旧式,须同时有原输入及移后输入属于函数域,且 x−T∈S。区间两端移对了,不代表中间每点都能用式子。
旧表达式含 1/x2,就排除旧输入0,移 T 后的新表达式排除 x=T。若函数本身在该点有值,需要另给条件确定,不由无意义的分式补值。如果题面同时称全实数域,又宣称在含0整段等于 x2+x−2,两条件本身矛盾,不能静默删点或添值。
周期也不使整个实数域严格单调,因为合法 x 与 x+T 输出相等。要判断远处一段的单调性,应平移整个区间回已知段,再核对应规则与边界。
求必要初值,写两次合法平移或两次反射,逐步消项;遇输出负号先认反周期。只称已证的一个周期。随后用整数倍平移将目标落在已知位置,公式的原禁值继续保留。
从原求和起点列一组各项,初值、奇偶性、中心关系逐项使用;算组和后分解项数。组和为0仍写清整组数,最后检查余项是否遗漏或错位,反周期是否漏了负号。
题目
已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,f(x)=f(x+4),且f(−1)=−1,则f(2024)+f(2025)=( )
A.−1 B.0 C.1 D.2
解析
全实数域奇性给 f(0)=0,由 f(−1)=−1 得 f(1)=1。题给全域关系保证4是一个周期,反复平移合法。
2024=506×4+0,2025=506×4+1.
所以两项分别为 f(0)=0、f(1)=1,和为1,选 C。A 的−1、B 的0、D 的2都不符。这里只需一个周期4,不声称最小,也不需要求完整解析式。
本题结论
C,所求和为1。
题目
若x,y∈R,f(x+y)+f(x−y)=2f(x)f(y),且f(2)=21,则f(2020)+f(2022)+f(2024)=( )
A.-2 B.-1 C.−21 D.0
解析
取 x=2,y=0,2f(2)=2f(2)f(0)。已知 2f(2)=1=0,得 f(0)=1。再取 x=0,y=t 任意,f(t)+f(−t)=2f(t),所以偶。
取 y=2 得 f(x+2)+f(x−2)=f(x)。再把 x 换为 x+2,得 f(x+4)+f(x)=f(x+2)。移项代入:
f(x+4)=[f(x)−f(x−2)]−f(x)=−f(x−2).
再移输入到 x+2 得 f(x+6)=−f(x),应用两次得到 f(x+12)=f(x)。所以6是反周期步长,12是一个周期。
反周期分别用在−2、0、2处,配合偶性得
f(4)=−f(−2)=−1/2,f(6)=−f(0)=−1,f(8)=−f(2)=−1/2.
原资料另给的中心 (3,0) 也可核:f(3+t)=−f(t−3)=−f(3−t),故中心关系成立,取 t=0 得 f(3)=0;没有假设连续性。
三个目标输入分别为 12×168+4、12×168+6、12×168+8,所以和为 −1/2−1−1/2=−2,选 A。B、C、D的−1、−1/2、0均不是完整三项和。
本题结论
A,所求和为−2。
题目
已知函数f(x)的定义域为R,值域为(0,+∞),若f(x+1)f(x−1)=4,函数f(x−2)为偶函数,f(2024)=1,则f(1)+f(2)+⋯+f(2024)=( )
A.4050 B.4552 C.4554 D.4556
解析
原所有输出正,可除函数值。将乘积式输入移1,得 f(x+2)f(x)=4;再移2,得 f(x+4)f(x+2)=4,除共同正值 f(x+2),得到 f(x+4)=f(x),4是周期。
令 H(t)=f(t−2),题设 H 偶给 f(−t−2)=f(t−2)。这对应原 f 关于输入−2的轴对称,而不是直接说 f 偶。将两边合法移4,得到 f(2−t)=f(t+2);又原关系给 f(2−t)f(−t)=4、f(t+2)f(t)=4,除去相同正值,才得 f(−t)=f(t),所以 f 也偶。
2024=4×506,故 f(0)=f(2024)=1,乘积式给 f(2)=4,周期给 f(4)=1。偶性及 f(1)f(−1)=4 给 f(1)2=4,正值条件排除−2,所以 f(1)=2;再由乘积得 f(3)=2。
一组1到4的值为2、4、2、1,和9,2024项正好506组,总和 506×9=4554,选 C。A、B、D各数都不等这个整组和。这里既不能漏掉正值筛根,也不能把原 f(x−2) 的偶性不经变形当作 f(x) 偶性。
本题结论
C,4554。
题目
已知定义在R上的函数f(x)满足f(x+1)为奇函数,且y=f(2x)的图象关于直线x=1对称,若f(0)=−1,则∑i=150f(i)=( )
A.−1 B.0 C.1 D.2
解析
f(x+1) 奇,等价于 f(2−t)=−f(t)。取 t=1 得 f(1)=0,取0并用 f(0)=−1 得 f(2)=1。
令 H(x)=f(2x),其图象关于1对称,故 H(2−x)=H(x),即 f(4−2x)=f(2x)。因 2x 取遍全实数,得到 f(4−t)=f(t),原 f 的轴在2,不是1。于是 f(3)=f(1)=0,f(4)=f(0)=−1。
两种关系联用:f(x+2)=f(2−x)=−f(x),再平移一次得到周期4。整数1到4一组为0、1、0、−1,组和0。50=4×12+2,还有两项 f(1)+f(2)=1,总和为1,选 C。
A把余项误算为−1,B漏余项,D不符合两项实际和。求和从1开始,不能换成从0开始的一组而不同时调整余项。
本题结论
C,1。
题目
已知定义在R上的函数f(x)的图象关于点(−43,0)对称,且满足f(x)=−f(x+23),又f(−1)=1,f(0)=−2,则f(1)+f(2)+f(3)+⋯+f(2010)+f(2011)= .
解析
题给反周期步长 3/2,连续应用两次得到周期3。中心 (−3/4,0) 的关系为 f(−3/2−x)=−f(x);在输入 −x−3/2 处用反周期式,又有 f(−3/2−x)=−f(−x)。两式比较得 f(−x)=f(x),函数偶。
所以 f(1)=f(−1)=1,周期3给 f(2)=f(−1)=1、f(3)=f(0)=−2。一组三项和为0;2011=3×670+1,完整670组消去,余项 f(1)=1,答案为1。
整数采样步长是1,不能把相邻整数看成相隔反周期 3/2;这里使用的是已证明的整数周期3。也不能只看第2011项就当整个和,须先证明完整组贡献为0。
本题结论
1。
题目
已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,且y=f(x)的图象关于直线x=2对称.
(1)证明:f(x)是周期函数.
(2)若当x∈[−2,2]时,f(x)=x2+x−2,求当x∈[2,6]时,f(x)的解析式.
解析
(1)仅用共同题设证明周期。 偶性给 f(−x)=f(x),轴2给 f(4−x)=f(x)。在轴式中用−x,得到 f(4+x)=f(−x)=f(x),故4是一个周期。全实数域保证每次平移合法。
(2)新增公式的条件冲突。 给定 [−2,2] 含0,但 x−2=1/x2 在0无意义;同时题面要求全实数域函数在该整段等于此式,两者不能同时满足。所以按本问完整条件,不存在合法实函数,不能给出覆盖整个 [2,6] 的解析式。
原资料给出的形式答案是 (x−4)2+(x−4)−2。它只能说明:对 x∈[2,6] 且 x=4,移后输入 x−4∈[−2,2]∖{0},在这些合法旧输入上形式推得
f(x)=f(x−4)=(x−4)2+(x−4)21.
不能在4使用该式。如果另行把题目改成只在非零旧输入给规则、仍保留全实数域,那么 f(4)=f(0) 的自由值还未由此式确定;若改函数域,也须核周期平移保持域。这里不替原题选择修订方案,更不静默删点补值。
本题结论
(1)4是一个周期;(2)新增条件在0处冲突,原形式式仅能用于移后非零输入,不能作为整段合法答案。
输出反号的一步不能保持函数值,两步才恢复。一个可用正周期足够做归约,不等于已经排除所有更小周期;全域恒等也不能用几个整数相等来证明。
乘积关系先证非零再除;倒数输入、输出倒数、相反输入分别处理。两个对称关系逐次代入才可推出平移,不能套未经核验的速记。
总和是完整组贡献加余项,不只是最大下标的函数值。分组起点和非整数步长另核;还原公式则让旧禁值一起平移。无意义点不能靠周期自动添上函数值,冲突题设须如实指出。