对于函数
f(x),
g(x),若存在函数
h(x),使得
f(x)=g(x)⋅h(x),则称
f(x) 是
g(x) 的“
h(x) 关联函数”.
(1) 已知
f(x)=sinx,
g(x)=cosx,是否存在定义域为
R 的函数
h(x),使得
f(x) 是
g(x) 的“
h(x) 关联函数”?若存在,写出
h(x) 的解析式;若不存在,说明理由;
(2) 已知函数
f(x),
g(x) 的定义域为
[1,+∞),当
x∈[n,n+1),(
n∈N∗)时,
f(x)=2n−1sinnx−1,若存在函数
h1(x) 及
h2(x),使得
f(x) 是
g(x) 的“
h1(x) 关联函数”,且
g(x) 是
f(x) 的“
h2(x) 关联函数”,求方程
g(x)=0 的解.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 若存在定义域为
R 的函数
h,则必须有
sinx=cosx⋅h(x) 对所有
x∈R 成立. 当
x=2π 时,
sinx=1 而
cosx=0,等式变为
1=0⋅h(2π)=0,矛盾. 所以不存在这样的函数
h(x).
\item 由
f(x)=g(x)h1(x) 和
g(x)=f(x)h2(x),可知
f(x)=0 与
g(x)=0 互相推出,所以二者的零点集合相同. 只需求出
f(x)=0 的解.
当
n=1 时,
x∈[1,2),方程为
sinx=1,所以
x=2π,且
2π∈[1,2).
当
n≥2 时,
x∈[n,n+1) 蕴含
1≤nx<1+n1≤23<2π. 又因
1>6π,且正弦函数在
[0,2π] 上单调递增,所以
sinnx≥sin1>sin6π=21,而
21−n≤21,方程
2n−1sinnx−1=0,即
sinnx=21−n,不可能成立. 所以
f(x)=0 的解集为
{2π},从而
g(x)=0 的解也是
x=2π.
\end{enumerate}
\end{solution}