每日一题[338]各显神通

定义区间$(a,b)$,$[a,b)$,$(a,b]$,$[a,b]$的长度均为$d=b-a$,多个区间并集的长度为各区间长度之和,例如$(1,2)\cup [3,5)$的长度$d=(2-1)+(5-3)=3$.设$f(x)=[x]\cdot \{x\}$,$g(x)=x-1$,其中$[x]$表示不超过$x$的最大整数,$\{x\}=x-[x]$.若用$d_1$、$d_2$、$d_3$分别表示不等式$f(x)>g(x)$、方程$f(x)=g(x)$、不等式$f(x)<g(x)$解集区间的长度,则当$-2016\leqslant x\leqslant 2016$时,$d_1=$____;$d_2=$____;$d_3=$____.


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正确答案是$2017,1,2014$.

 用不同的方式表示$f(x)$与$g(x)$,再比较它们的大小,会得到不同的解决方案.

法一 将$x$表示成$[x]+\{x\}$,整理$f(x)-g(x)$,得\[\begin{split} f(x)-g(x)&=[x]\cdot\{x\}-([x]+\{x\})+1\\&=([x]-1)(\{x\}-1).\end{split} \]而$x-1<[x]\leqslant x$,故$$\{x\}=x-[x]\in[0,1),$$从而$\{x\}-1<0$,于是$f(x)-g(x)$的正负只需要看$[x]$与$1$的大小关系:

当$[x]=1$,即$1\leqslant x<2$时,$f(x)=g(x)$,即$d_2=1$.

当$[x]<1$,即$-2016\leqslant x<1$时,$f(x)>g(x)$,即$d_1=2017$.

当$[x]>1$,即$x\geqslant 2$时,$f(x)<g(x)$,即$d_3=2014$.

法二 解决本题的关键是理解函数$f(x)=[x]\cdot\{x\}$,当$x\in[k,k+1)$时,$[x]$是一个常数,于是直接对$x$进行分类讨论.

当$k\leqslant x<k+1(k\in \mathcal{Z})$时,$[x]=k$,$\{x\}=x-k$,于是$$f(x)-g(x)=k(x-k)-(x-1)=(k-1)(x-k-1),$$而$x-k-1<0$,故$f(x)$与$g(x)$的大小关系取决于$k-1$的值为正、负还是零,以下同法一.

法三 用图形语言解决,我们已知熟悉函数$y=[x]$与$y=\{x\}$的图象(见每日一题[312]三管齐下),于是得到$f(x)$的图象,将它与$g(x)$的图象同时画出,如下:

屏幕快照 2015-12-21 下午5.22.19

由图象知当$x<1$时,$f(x)>g(x)$;当$1\leqslant x<2$时,$f(x)=g(x)$;当$x\geqslant 2$时,$f(x)<g(x)$.

从多个角度分析同一个对象,会让我们对它的理解更加全面深刻,从而对于与它相关的各种问题都能通过尝试找到一条可行的路.


下面给出一道练习:

给出定义:若$m-\dfrac 12<x\leqslant m+\dfrac 12$(其中$m$为整数),则$m$叫做离实数$x$最近的整数,记作$((x))=m$.在此基础上给出下列关于函数$f(x)=\left|x-((x))\right |$的四个命题:

①函数$y=f(x)$的定义域为$\mathcal{R}$,值域为$\left[0,\dfrac 12\right ]$;

②函数$y=f(x)$的图象关于直线$x=\dfrac k2(k\in\mathcal{Z})$对称;

③函数$y=f(x)$是周期函数,最小正周期为$1$;

④函数$y=f(x)$在$\left[-\dfrac 12,\dfrac 12\right ]$上是增函数.

其中正确命题的序号是_____.

答案 ①②③.

提示 可以通过定义,分类讨论去研究$y=f(x)$的性质,也可以通过作出函数的草图去得到函数的性质.

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