每日一题[351]保三角形函数

如果对于任意一个三角形,只要它的三边长$a,b,c$都在函数$f(x)$的定义域内,就有$f(a),f(b),f(c)$也是某个三角形的三边长,则称$f(x)$为“保三角形函数”.

①$f(x)=\sqrt x$;②$g(x)=\sin x,x\in(0,\pi)$;③$h(x)=\ln x,x\in[2,+\infty)$.

是“保三角形函数”的序号为_____.


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正确答案是①③.

 直接考虑$a,b,c$是否构成三角形的三边长需要考虑$|a-b|<c<a+b$,该不等式作为条件不好利用,作为结论也难以研究.

但若观察到①③均为单调函数,考虑给$a,b,c$加上序关系$a\leqslant b\leqslant c$,则条件变成$a+b>c$,结论变为$f(a)+f(b)>f(c)$:

对于①,用分析法:要证明$\sqrt a+\sqrt b>\sqrt c$,只需要证明$a+b+2\sqrt{ab}>c$,而$a+b>c$显然可以保证这个条件成立,故①符合题意;

对于③,用分析法:要证明$\ln a+\ln b>\ln c$,只需要证明$ab>c$,而$b\geqslant a\geqslant 2$,故$(a-1)(b-1)\geqslant 1$,从而$ab\geqslant a+b>c$,故③符号题意.

最后考虑②,$y=\sin x$不是单调函数,考虑到$y=\sin x$在$\left(0,\dfrac {\pi}{2}\right )$上与$y=\sqrt x$类似,因而猜测它在$\left[\dfrac {\pi}{2},\pi\right )$这段上会出问题,接下来尝试构造反例:

设$\dfrac {\pi}{2}\leqslant a\leqslant b\leqslant c<\pi$,此时$f(a)\geqslant f(b)\geqslant f(c)$,需要考查$f(b)+f(c)\geqslant f(a)$是否成立.

为了破坏$f(b)+f(c)\geqslant f(a)$,应该使得$f(a)$尽量大,因此取$a=\dfrac {\pi}{2}$,此时$f(a)=1$,然后使$f(b),f(c)$尽量小,因此取$b=c\rightarrow \pi$,显然$f(b)+f(c)\geqslant f(a)$不能恒成立,于是②不符合题意.

反例的构造常常考虑极端的情况,更多相关问题见每日一题[65] 利用极端原理构造

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