Question

（2012•浦東新區(qū)二模）已知函數(shù)y=f（x），x∈D，如果對(duì)于定義域D內(nèi)的任意實(shí)數(shù)x，對(duì)于給定的非零常數(shù)m，總存在非零常數(shù)T，恒有f（x+T）＞m•f（x）成立，則稱(chēng)函數(shù)f（x）是D上的m級(jí)類(lèi)增周期函數(shù)，周期為T(mén)．若恒有f（x+T）=m•f（x）成立，則稱(chēng)函數(shù)f（x）是D上的m級(jí)類(lèi)周期函數(shù)，周期為T(mén)．
（1）試判斷函數(shù)f（x）=log

1

2

(x-1)是否為（3，+∞）上的周期為1的2級(jí)類(lèi)增周期函數(shù)？并說(shuō)明理由；
（2）已知函數(shù)f（x）=-x²+ax是[3，+∞）上的周期為1的2級(jí)類(lèi)增周期函數(shù)，求實(shí)數(shù)a的取值范圍；
（3）下面兩個(gè)問(wèn)題可以任選一個(gè)問(wèn)題作答，如果你選做了兩個(gè)，我們將按照問(wèn)題（Ⅰ）給你記分．
（Ⅰ）已知T=1，y=f（x）是[0，+∞）上m級(jí)類(lèi)周期函數(shù)，且y=f（x）是[0，+∞）上的單調(diào)遞增函數(shù)，當(dāng)x∈[0，1）時(shí)，f（x）=2^x，求實(shí)數(shù)m的取值范圍．
（Ⅱ）已知當(dāng)x∈[0，4]時(shí)，函數(shù)f（x）=x²-4x，若f（x）是[0，+∞）上周期為4的m級(jí)類(lèi)周期函數(shù)，且y=f（x）的值域?yàn)橐粋�(gè)閉區(qū)間，求實(shí)數(shù)m的取值范圍．

Answer 1

分析：（1）由題意可求得log

1

2

(x+1-1)＞log

1

2

(x-1)2，f（x+1）＞2f（x）對(duì)一切x∈（3，+∞）恒成立，于是有函數(shù)f（x）=log

1

2

(x-1)是（3，+∞）上的周期為1的2級(jí)類(lèi)增周期函數(shù)；
（2）由題意可知：：（x-1）a＜x²-2x-1，整理可得a＜x-1-

2

x-1

，令x-1=t，則t∈[2，+∞），g（t）=t-

2

t

在[2，+∞）上單調(diào)遞增，即可使問(wèn)題解決；
（3）（Ⅰ）由x∈[0，1）時(shí)，f（x）=2^x，可求得當(dāng)x∈[1，2）時(shí)，f（x）=mf（x-1）=m•2^x-1，…當(dāng)x∈[n，n+1）時(shí)，f（x）=mⁿ•2^x-n，利用f（x）在[0，+∞）上單調(diào)遞增，可得
m＞0且mⁿ•2^n-n≥m^n-1•2^n-（n-1），從而可求實(shí)數(shù)m的取值范圍；
（Ⅱ）當(dāng)x∈[0，4]時(shí)，y∈[-4，0]，且有f（x+4）=mf（x），于是可求當(dāng)x∈[4n，4n+4]，n∈Z時(shí)，f（x）=mⁿ[（x-4n）²-4（x-4n）]，對(duì)m分當(dāng)0＜m≤1時(shí)，-1＜m＜0，m=-1，m＞1與m＜-1時(shí)的討論，即可得答案；

解答：解：（1）∵（x+1-1）-（x-1）²=-（x²-3x+1）＜0，即）（x+1-1）＜（x-1）²，
∴log

1

2

(x+1-1)＞log

1

2

(x-1)2，即 log

1

2

(x+1-1)＞2log

1

2

(x-1)，
即 f（x+1）＞2f（x）對(duì)一切x∈（3，+∞）恒成立，
故函數(shù)f（x）=log

1

2

(x-1)是（3，+∞）上的周期為1的2級(jí)類(lèi)增周期函數(shù)．
（2）由題意可知：解：（1）由題意可知：f（x+1）＞2f（x），即-（x+1）²+a（x+1）＞2（-x²+ax）對(duì)一切[3，+∞）恒成立，
整理得：（x-1）a＜x²-2x-1，
∵x≥3，
∴a＜

x2-2x-1

x-1

=

(x-1)2-2

x-1

=x-1-

2

x-1

，
令x-1=t，則t∈[2，+∞），g（t）=t-

2

t

在[2，+∞）上單調(diào)遞增，
∴g（t）_min=g（2）=1，
∴a＜1．
（3）問(wèn)題（Ⅰ）∵x∈[0，1）時(shí)，f（x）=2^x，
∴當(dāng)x∈[1，2）時(shí)，f（x）=mf（x-1）=m•2^x-1，…
當(dāng)x∈[n，n+1）時(shí)，f（x）=mf（x-1）=m²f（x-2）=…=mⁿf（x-n）=mⁿ•2^x-n，
即x∈[n，n+1）時(shí)，f（x）=mⁿ•2^x-n，n∈N^*，
∵f（x）在[0，+∞）上單調(diào)遞增，
∴m＞0且mⁿ•2^n-n≥m^n-1•2^n-（n-1），
即m≥2．
問(wèn)題（Ⅱ）∵當(dāng)x∈[0，4]時(shí)，y∈[-4，0]，且有f（x+4）=mf（x），
∴當(dāng)x∈[4n，4n+4]，n∈Z時(shí)，f（x）=mf（x-4）=…=mⁿf（x-4n）=mⁿ[（x-4n）²-4（x-4n）]，
當(dāng)0＜m≤1時(shí)，f（x）∈[-4，0]；
當(dāng)-1＜m＜0時(shí)，f（x）∈[-4，-4m]；
當(dāng)m=-1時(shí)，f（x）∈[-4，4]；
當(dāng)m＞1時(shí)，f（x）∈（-∞，0]；
當(dāng)m＜-1時(shí)，f（x）∈（-∞，+∞）；
綜上可知：-1≤m＜0或0＜m≤1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查周期函數(shù)，著重考查函數(shù)在一定條件下的恒成立問(wèn)題，綜合考察構(gòu)造函數(shù)、分析轉(zhuǎn)化、分類(lèi)討論的數(shù)學(xué)思想與方法，難度大，思維深刻，屬于難題．