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10函数与初等函数★★★★☆
设
f(x)={x2,∣x∣⩾1,x,∣x∣<1,f(x) = \begin{cases} x^2, & |x| \geqslant 1,\\ x, & |x| < 1, \end{cases}
若 f(g(x))f(g(x)) 的值域是 [0,+∞)[0, +\infty),则函数 g(x)g(x) 的值域是( )
\begin{answer} 条件不足,无法唯一确定 \end{answer}
\begin{solution} 令 GG 为函数 g(x)g(x) 的值域. 由
f(u)={u2,∣u∣⩾1,u,∣u∣<1,f(u)=\begin{cases} u^2,&\lvert u\rvert\geqslant1,\\ u,&\lvert u\rvert<1, \end{cases}
可知当 −1<u<0-1<u<0 时 f(u)<0f(u)<0,而 f(u)⩾0f(u)\geqslant0 的必要条件是 uu 不属于 (−1,0)(-1,0). 另一方面,为得到复合函数值域中的每个 y∈[0,1)y\in[0,1),必须取到 u=y∈[0,1)u=y\in[0,1);对于 y⩾1y\geqslant1,既可以取 u=yu=\sqrt y,也可以取 u=−yu=-\sqrt y.
因此,仅由 f(g(x))f(g(x)) 的值域为 [0,+∞)[0,+\infty),不能唯一确定 GG. 例如函数 g1(x)=∣x∣g_1(x)=\lvert x\rvert 的值域为 G1=[0,+∞)G_1=[0,+\infty),且 f(G1)=[0,+∞)f(G_1)=[0,+\infty). 再定义
g2(x)={x,x⩽−1,0,−1<x<0,x,x⩾0,g_2(x)=\begin{cases} x, & x\leqslant-1,\\ 0, & -1<x<0,\\ x, & x\geqslant0, \end{cases}
则其值域为 G2=(−∞,−1]∪[0,+∞)G_2=(-\infty,-1]\cup[0,+\infty),同样有 f(G2)=[0,+∞)f(G_2)=[0,+\infty). 所以按原题面条件,函数 g(x)g(x) 的值域不唯一;若另加 GG 为区间(例如 gg 连续)的条件,才可得到 G=[0,+∞)G=[0,+\infty),对应选项 C. \end{solution}
A.
(−∞,−1]∪[1,+∞)(-\infty, -1] \cup [1, +\infty)
B.
(−∞,−1]∪[0,+∞)(-\infty, -1] \cup [0, +\infty)
C.
[0,+∞)[0, +\infty)
D.
[1,+∞)[1, +\infty)

2007 · 浙江 · 理 · 第 10 题 · 选择题

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