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15函数与初等函数★★★★☆
以 AA 表示值域为 R\mathbf{R} 的函数组成的集合,BB 表示具有如下性质的函数 φ(x)\varphi(x) 组成的集合:对于函数 φ(x)\varphi(x),存在一个正数 MM,使得函数 φ(x)\varphi(x) 的值域包含于区间 [−M,M][-M, M]. 例如,当 φ1(x)=x3\varphi_{1}(x) = x^{3},φ2(x)=sin⁡x\varphi_{2}(x) = \sin x 时,φ1(x)∈A\varphi_{1}(x) \in A,φ2(x)∈B\varphi_{2}(x) \in B. 现有如下命题:
① 设函数 f(x)f(x) 的定义域为 DD,则“f(x)∈Af(x) \in A”的充要条件是“∀b∈R\forall b \in \mathbf{R},∃a∈D\exists a \in D,f(a)=bf(a)=b”; ② 函数 f(x)∈Bf(x) \in B 的充要条件是 f(x)f(x) 有最大值和最小值; ③ 若函数 f(x)f(x),g(x)g(x) 的定义域相同,且 f(x)∈Af(x) \in A,g(x)∈Bg(x) \in B,则 f(x)+g(x)∉Bf(x)+g(x) \notin B; ④ 若函数 f(x)=aln⁡(x+2)+xx2+1f(x) = a\ln(x + 2) + \frac{x}{x^{2} + 1}(x>−2x > -2,a∈Ra \in \mathbf{R})有最大值,则 f(x)∈Bf(x) \in B.
其中的真命题有______.(写出所有真命题的序号) \begin{answer} \circled1\circled3\circled4\circled{1}\circled{3}\circled{4} \end{answer}
\begin{solution} 命题 1 直接是值域为 R\mathbf{R} 的定义,因此命题 1 为真.
命题 2 中,函数有最大值和最小值可以推出值域有界,但有界函数不一定取得最大值和最小值. 例如 f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x 的值域为 (−π2,π2)\left(-\frac\pi2,\frac\pi2\right),有界却没有最大值和最小值,因此命题 2 为假.
命题 3 中,设 g(x)g(x) 的值域包含于 [−M,M][-M,M]. 对任意正数 KK,由于 f(x)f(x) 的值域为 R\mathbf{R},存在 xx 使 f(x)>K+Mf(x)>K+M,于是 f(x)+g(x)>Kf(x)+g(x)>K. 因而 f+gf+g 无上界,不能属于 BB,命题 3 为真.
命题 4 中,若 a>0a>0,则 aln⁡(x+2)→+∞a\ln(x+2)\to+\infty(x→+∞x\to+\infty),函数不可能有最大值;若 a<0a<0,则 aln⁡(x+2)→+∞a\ln(x+2)\to+\infty(x→−2+x\to-2^+),函数同样不可能有最大值. 因此函数有最大值时只能有 a=0a=0,此时 f(x)=xx2+1f(x)=\frac{x}{x^2+1},且 ∣xx2+1∣⩽12\left|\frac{x}{x^2+1}\right|\leqslant\frac12,所以 f(x)∈Bf(x)\in B. 命题 4 为真.
所以真命题的序号为 11,33,44. \end{solution}

2014 · 四川 · 文 · 第 15 题 · 填空题

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16集合与逻辑基础★★★★☆
设 PP 是一个数集,且至少含有两个数,若对任意 a∈Pa\in P,b∈Pb \in P,都有 a+ba + b,a−ba - b,abab,ab∈P\frac{a}{b} \in P(除数 b≠0b \neq 0),则称 PP 是一个数域. 例如有理数集 Q\mathbf{Q} 是数域;数集 F={a+b2∣a,b∈Q}F = \{a + b\sqrt{2} \mid a, b \in \mathbf{Q}\} 也是数域. 有下列命题:
① 整数集是数域; ② 若有理数集 Q⊆M\mathbf{Q} \subseteq M,则数集 MM 必为数域; ③ 数域必为无限集; ④ 存在无穷多个数域.
其中正确的命题的序号是______. \begin{answer} 33、44 \end{answer} \begin{solution} 命题一不成立,因为整数集对除法不封闭,例如 22,1∈Z1\in\mathbf{Z},但 12∉Z\frac{1}{2}\notin\mathbf{Z}. 命题二不成立,例如 M=Q∪{2}M=\mathbf Q\cup\{\sqrt2\} 含有 Q\mathbf Q,但 2+2=22∉M\sqrt2+\sqrt2=2\sqrt2\notin M,所以不一定是数域.
证明命题三:取数域 PP 中两个不同的数 uu,vv,则 d=u−v∈Pd=u-v\in P 且 d≠0d\neq0. 由除法封闭性,1=dd∈P1=\frac{d}{d}\in P,再由加法封闭性,所有正整数都属于 PP,从而 PP 是无限集.
证明命题四:对每个正素数 pp,集合
Pp={r+sp∣r,s∈Q}P_p=\{r+s\sqrt p\mid r,s\in\mathbf Q\}
是数域. 确实,和、差、积仍为此形式. 若分母 r+sp≠0r+s\sqrt p\neq0,则 r2−ps2≠0r^2-ps^2\neq0,否则 s=0s=0 时有 r=0r=0,或 s≠0s\neq0 时 p=rs∈Q\sqrt p=\frac{r}{s}\in\mathbf{Q},均与分母非零矛盾. 因此
u+vpr+sp=(u+vp)(r−sp)r2−ps2\frac{u+v\sqrt p}{r+s\sqrt p}=\frac{(u+v\sqrt p)(r-s\sqrt p)}{r^2-ps^2}
其中 r2−ps2≠0r^2-ps^2\neq0,结果仍属于 PpP_p. 不同的素数给出不同的数域. 先说明:若 pp 是素数,则 p∉Q\sqrt p\notin\mathbf{Q}. 否则设 p=uv\sqrt p=\frac{u}{v},其中 uu,v∈Zv\in\mathbf{Z}、v≠0v\neq0 且 gcd⁡(u,v)=1\gcd(u,v)=1,则 pv2=u2pv^2=u^2,从而 p∣up\mid u,再代回可得 p∣vp\mid v,与互素矛盾.
事实上,若 p≠qp\neq q 且 p∈Pq\sqrt p\in P_q,则存在 rr,s∈Qs\in\mathbf{Q},使得
p=r+sq\sqrt p=r+s\sqrt q
两边平方得 p=r2+2rsq+qs2p=r^2+2rs\sqrt q+qs^2. 因为 q∉Q\sqrt q\notin\mathbf{Q},所以 rs=0rs=0. 若 s=0s=0,则 p=r∈Q\sqrt p=r\in\mathbf{Q},矛盾;若 r=0r=0,则 p=qs2p=qs^2. 写 s=uvs=\frac{u}{v}(uu,vv 互素且 v≠0v\neq0),便有 pv2=qu2pv^2=qu^2. 因为 p≠qp\neq q,由素数整除性得 p∣up\mid u,再代回得 p∣vp\mid v,与 uu,vv 互素矛盾. 因此 p∉Pq\sqrt p\notin P_q,从而 Pp≠PqP_p\neq P_q. 因而存在无穷多个数域,正确命题的序号为 33、44. \end{solution}

2008 · 福建 · 理 · 第 16 题 · 填空题

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