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17函数与初等函数★★★☆☆
已知函数
f(x)={cx+1,0<x<c,2−xc2+1,c⩽x<1,f(x)=\begin{cases} cx+1,&0<x<c,\\ 2^{-\frac{x}{c^{2}}}+1,&c\leqslant x<1, \end{cases}
在区间 (0,1)(0,1) 内连续,且 f(c2)=98f(c^{2})=\frac{9}{8}.
(1) 求常数 cc 的值; (2) 解不等式 f(x)>28+1f(x) > \frac{\sqrt{2}}{8} + 1.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由 f(c2)f(c^2) 有意义且定义域为 (0,1)(0,1),得 c2∈(0,1)c^2\in(0,1). 若 −1<c<0-1<c<0,则 c<c2<1c<c^2<1,由第二段可得 f(c2)=2−c2c2+1=32≠98f(c^2)=2^{-\frac{c^2}{c^2}}+1=\frac{3}{2}\ne\frac{9}{8},所以 0<c<10<c<1. 因此 c2<cc^2<c,从而 f(c2)=c⋅c2+1=c3+1=98f(c^2)=c\cdot c^2+1=c^3+1=\frac{9}{8},解得 c=12c=\frac{1}{2}. 此时在分界点 x=cx=c 处,左侧极限为 c2+1=54c^2+1=\frac{5}{4},右侧函数值为 2−1c+1=542^{-\frac{1}{c}}+1=\frac{5}{4},两者相等,确实满足连续性条件.
\item 当 c=12c=\frac{1}{2} 时,不等式为 f(x)>1+28f(x)>1+\frac{\sqrt{2}}{8}. 当 0<x<120<x<\frac{1}{2} 时,f(x)=x2+1f(x)=\frac{x}{2}+1,所以 x2+1>1+28⟺x>24\frac{x}{2}+1>1+\frac{\sqrt{2}}{8}\Longleftrightarrow x>\frac{\sqrt{2}}{4},得到 24<x<12\frac{\sqrt{2}}{4}<x<\frac{1}{2}. 当 12⩽x<1\frac{1}{2}\leqslant x<1 时,f(x)=2−4x+1f(x)=2^{-4x}+1,且 28=2−52\frac{\sqrt{2}}{8}=2^{-\frac{5}{2}},所以 2−4x>2−52⟺x<582^{-4x}>2^{-\frac{5}{2}}\Longleftrightarrow x<\frac{5}{8},得到 12⩽x<58\frac{1}{2}\leqslant x<\frac{5}{8}. 合并两段,原不等式的解集为 (24,58)\left(\frac{\sqrt{2}}{4},\frac{5}{8}\right). \end{enumerate} \end{solution}

2007 · 江西 · 文 · 第 17 题 · 解答题

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18三角函数★★★☆☆
如图,函数 y=2cos⁡(ωx+θ)y = 2\cos (\omega x + \theta)(x∈Rx \in \mathbf{R},0⩽θ⩽π20 \leqslant \theta \leqslant \frac{\pi}{2})的图象与 yy 轴交于点 (0,3)(0, \sqrt{3}),且在该点处切线的斜率为 −2-2.
(1) 求 θ\theta 和 ω\omega 的值; (2) 已知点 A(π2,0)A\left(\frac{\pi}{2}, 0\right),点 PP 是该函数图象上的一点,点 Q(x0,y0)Q(x_0, y_0) 是 PAPA 的中点,当 y0=32y_0 = \frac{\sqrt{3}}{2},x0∈[π2,π]x_0 \in \left[\frac{\pi}{2}, \pi\right] 时,求 x0x_0 的值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由图象经过 (0,3)(0,\sqrt{3}),得 2cos⁡θ=32\cos\theta=\sqrt{3}. 由于 0⩽θ⩽π20\leqslant\theta\leqslant\frac{\pi}{2},所以 θ=π6\theta=\frac{\pi}{6}. 函数的导数为 y′=−2ωsin⁡(ωx+θ)y'=-2\omega\sin(\omega x+\theta),由 yy 轴交点处的切线斜率为 −2-2,得 −2ωsin⁡θ=−2-2\omega\sin\theta=-2,即 ωsin⁡π6=1\omega\sin\frac{\pi}{6}=1,故 ω=2\omega=2.
\item 设 P(x1,y1)P(x_1,y_1). 因为 QQ 是 PAPA 的中点,所以 x0=x1+π22x_0=\frac{x_1+\frac{\pi}{2}}{2},y0=y12y_0=\frac{y_1}{2}. 由 y0=32y_0=\frac{\sqrt{3}}{2} 得 y1=3y_1=\sqrt{3},再由 PP 在函数图象上得 2cos⁡(2x1+π6)=32\cos\left(2x_1+\frac{\pi}{6}\right)=\sqrt{3},即 cos⁡(2x1+π6)=32\cos\left(2x_1+\frac{\pi}{6}\right)=\frac{\sqrt{3}}{2}. 由 x0∈[π2,π]x_0\in\left[\frac{\pi}{2},\pi\right] 及 x1=2x0−π2x_1=2x_0-\frac{\pi}{2},知 x1∈[π2,3π2]x_1\in\left[\frac{\pi}{2},\frac{3\pi}{2}\right],于是 2x1+π6∈[7π6,19π6]2x_1+\frac{\pi}{6}\in\left[\frac{7\pi}{6},\frac{19\pi}{6}\right]. 在此区间内满足余弦值为 32\frac{\sqrt{3}}{2} 的角只有 11π6\frac{11\pi}{6} 和 13π6\frac{13\pi}{6},因此 x1=5π6x_1=\frac{5\pi}{6} 或 x1=πx_1=\pi. 代回中点公式,分别得到 x0=2π3x_0=\frac{2\pi}{3} 或 x0=3π4x_0=\frac{3\pi}{4}. \end{enumerate} \end{solution}

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