
(1)判斷集合是否是“和諧集”,并說明理由;
(2)求證:若集合是“和諧集”.則集合中元素個(gè)數(shù)為奇數(shù);
(3)若集合是“和諧集”,求集合中元素個(gè)數(shù)的最小值.
5.(2024上·北京朝陽·高一統(tǒng)考期末)已知集合,其中且,非空集合,記為集合B中所有元素之和,并規(guī)定當(dāng)中只有一個(gè)元素時(shí),.
(1)若,寫出所有可能的集合B;
(2)若,且是12的倍數(shù),求集合B的個(gè)數(shù);
(3)若,證明:存在非空集合,使得是的倍數(shù).
6.(2023上·北京朝陽·高二統(tǒng)考期末)設(shè)正整數(shù),若由實(shí)數(shù)組成的集合滿足如下性質(zhì),則稱為集合:對中任意四個(gè)不同的元素,均有.
(1)判斷集合和是否為集合,說明理由;
(2)若集合為集合,求中大于1的元素的可能個(gè)數(shù);
(3)若集合為集合,求證:中元素不能全為正實(shí)數(shù).
7.(2023上·浙江·高一校聯(lián)考階段練習(xí))設(shè),若滿足,則稱比更接近.
(1)設(shè)比更接近0,求的取值范圍;
(2)判斷“”是“比更接近”的什么條件,并說明理由;
(3)設(shè)且,試判斷與哪一個(gè)更接近.
8.(2024下·安徽·高三池州市第一中學(xué)校聯(lián)考開學(xué)考試)基本不等式可以推廣到一般的情形:對于個(gè)正數(shù),它們的算術(shù)平均不小于它們的幾何平均,即,當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),等號成立.若無窮正項(xiàng)數(shù)列同時(shí)滿足下列兩個(gè)性質(zhì):①;②為單調(diào)數(shù)列,則稱數(shù)列具有性質(zhì).
(1)若,求數(shù)列的最小項(xiàng);
(2)若,記,判斷數(shù)列是否具有性質(zhì),并說明理由;
(3)若,求證:數(shù)列具有性質(zhì).
9.(2024上·上?!じ咭簧虾J薪ㄆ街袑W(xué)??计谀τ诤瘮?shù),若存在,使成立,則稱為的不動點(diǎn).
(1)已知函數(shù),求函數(shù)的不動點(diǎn);
(2)若對于任意的,二次函數(shù)()恒有兩個(gè)相異的不動點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值范圍;
(3)若函數(shù)在區(qū)間上有唯一的不動點(diǎn),求實(shí)數(shù)m的取值范圍.
10.(2023下·上海普陀·高二校考期中)對于函數(shù),分別在處作函數(shù)的切線,記切線與軸的交點(diǎn)分別為,記為數(shù)列的第n項(xiàng),則稱數(shù)列為函數(shù)的“切線-軸數(shù)列”,同理記切線與軸的交點(diǎn)分別為,記為數(shù)列的第n項(xiàng),則稱數(shù)列為函數(shù)的“切線-軸數(shù)列”
(1)設(shè)函數(shù),記“切線-軸數(shù)列”為,記為的前n項(xiàng)和,求.
(2)設(shè)函數(shù),記“切線-軸數(shù)列”為,猜想的通項(xiàng)公式并證明你的結(jié)論.
(3)設(shè)復(fù)數(shù)均為不為0的實(shí)數(shù),記為的共軛復(fù)數(shù),設(shè),記“切線-軸數(shù)列”為,求證:對于任意的不為0的實(shí)數(shù),總有成立.
第07講:拓展二:定義題(解答題10大題)
1.(2022上·北京·高一??茧A段練習(xí))已知數(shù)集具有性質(zhì)P:對任意的k,,使得成立.
(1)分別判斷數(shù)集與是否具有性質(zhì)P,并說明理由;
(2)若,求A中所有元素的和的最小值并寫出取得最小值時(shí)所有符合條件的集合A;
(3)求證:.
【答案】(1)不具有,具有,理由見解析
(2)75;或
(3)證明見解析
【分析】(1)由,所以數(shù)集不具有性質(zhì)P,同理根據(jù)集合性質(zhì)P的概念,可判斷具有性質(zhì)P;
(2)由(1)結(jié)合數(shù)集的性質(zhì)P的概念,滿足,分類討論,即可求得數(shù)集A;
(3)根據(jù)數(shù)集的性質(zhì)P的定義,可得,所以,滿足
,累加即可證明.
【詳解】(1)因?yàn)?,所以?shù)集不具有性質(zhì)P,
因?yàn)椋詳?shù)集具有性質(zhì)P;
(2)由,所以A的元素都是整數(shù),
構(gòu)造或具有性質(zhì)P,
此時(shí)元素和為75且是最小值;
下面證明:
假設(shè)集合滿足,
(存在性顯然,因?yàn)闈M足的數(shù)集只有有限個(gè))
第一步:首先說明集合中至少有7個(gè)元素,
因?yàn)榧暇哂行再|(zhì)P:
對任意的k,,使得成立,
又,
所以,所以,
所以,
,
又,
所以,
所以;
第二步:證明,
若,設(shè),
因?yàn)?,為了使最?。?br>在集合中一定不含有元素,使得,從而,
假設(shè),根據(jù)性質(zhì)P,對,有,使得,
顯然,而,
而此時(shí)集合中至少還有4個(gè)不同于的元素,
從而,矛盾;
所以,進(jìn)而;
同理可證:,
那么根據(jù)性質(zhì)P,有,使得,
我們需要考慮如下幾種情況:
①,此時(shí)集合中至少需要一個(gè)大于等于4的元素,才能得到8,
所以A中所有元素的和大于76,
②,此時(shí)集合中至少需要一個(gè)大于等于4的元素,才能得到7,
所以A中所有元素的和大于76,
③假設(shè),同上,此時(shí)集合的和最小,為75;
④當(dāng),此時(shí)集合的和最小,最小值為75;
所以A中所有元素的和最小,最小值為75,
此時(shí)或;
(3)因?yàn)榧暇哂行再|(zhì)P:
即對任意的,使得成立,
又因?yàn)椋?br>所以,所以,
所以,
,
將上述不等式相加得:,
所以.
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)睛:第二問采用枚舉法即可證明,根據(jù)題設(shè)信息,不斷的確定集合中的具體元素,將抽象問題具體化,從而證明出結(jié)論,過程中需用反證法證明猜想.
2.(2024上·北京平谷·高一統(tǒng)考期末)已知集合,若中元素的個(gè)數(shù)為,且存在,使得,則稱是的子集.
(1)若,寫出的所有子集;
(2)若為的子集,且對任意的,存在,使得,求的值.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根據(jù)子集的定義, 即可求解;
(2)取,求得,再利用反證法假設(shè),推得,與矛盾即可.
【詳解】(1)當(dāng)時(shí),,所以的所有子集為:.
(2)當(dāng)時(shí),取,因?yàn)?,所以是的子集,此時(shí)符合題意;
若,設(shè)且,
根據(jù)題意,,其中,
因?yàn)?,所以,所以?br>又因?yàn)?,所以?br>因?yàn)?,所以?br>所以,
因?yàn)?,所以?br>所以,與矛盾,
綜上所述,只有滿足題意.
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)睛:第二問的關(guān)鍵是在討論時(shí),利用反證法假設(shè),推得,與矛盾,由此即可順利得解.
3.(2023上·北京海淀·高二北京交通大學(xué)附屬中學(xué)??计谥校┙o定正整數(shù),設(shè)集合.對于集合中的任意元素和,記.設(shè),且集合,對于中任意元素,若則稱具有性質(zhì).
(1)判斷集合是否具有性質(zhì)?說明理由;
(2)判斷是否存在具有性質(zhì)的集合,并加以證明.
【答案】(1)具有性質(zhì),理由見解析;
(2)不存在,證明見解析.
【分析】(1)根據(jù)定義計(jì)算即可判定;
(2)根據(jù)定義對進(jìn)行討論,一一計(jì)算即可證明.
【詳解】(1)對于集合,
根據(jù)定義可知,且符合定義,
所以具有性質(zhì);
(2)假設(shè)存在具有性質(zhì),根據(jù)定義易知中有4個(gè)元素且,
①若,則,沒有4個(gè)元素,不符題意舍去;
②若,則,
而,不符題意舍去;
③若,則,
而,
故中至多包含3個(gè)元素,不符題意舍去;
④若,則,
而,不符題意舍去;
⑤若,則,沒有4個(gè)元素,不符題意舍去;
綜上可知:不存在具有性質(zhì)的集合.
【點(diǎn)睛】思路點(diǎn)睛:第二問需要根據(jù)定義得出,從而分五種情況進(jìn)行討論,討論時(shí)依次得出集合的可能情況結(jié)合定義驗(yàn)證判定即可.
4.(2024上·北京密云·高一統(tǒng)考期末)對于正整數(shù)集合(,)如果去掉其中任意一個(gè)元素.之后,剩余的所有元素組成的集合都能分為兩個(gè)交集為空集的集合,且這兩個(gè)集合的所有元素之和相等,就稱集合為“和諧集”.
(1)判斷集合是否是“和諧集”,并說明理由;
(2)求證:若集合是“和諧集”.則集合中元素個(gè)數(shù)為奇數(shù);
(3)若集合是“和諧集”,求集合中元素個(gè)數(shù)的最小值.
【答案】(1)不是,理由見解析
(2)證明見解析
(3)7
【分析】(1)根據(jù)集合中這5個(gè)數(shù)字的特征,可以去掉2即可判斷出集合不是“和諧集”;
(2)判斷任意一個(gè)元素()的奇偶性相同,分類討論,可以證明出若集合是“和諧集”,則集合中元素個(gè)數(shù)為奇數(shù);
(3)由(2)知為奇數(shù),根據(jù)的取值討論后求解.
【詳解】(1)當(dāng)集合去掉元素2時(shí),剩下元素組成兩個(gè)集合的交集為空集有以下幾種情況:
,
經(jīng)過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)每給兩個(gè)集合的所有元素之和不相等,故集合不是“和諧集”;
(2)設(shè)正整數(shù)集合(,)所有元素之和為,由題意可知
均為偶數(shù),因此任意一個(gè)元素()的奇偶性相同.
若是奇數(shù),所以()也都是奇數(shù),由于,顯然為奇數(shù);
若是偶數(shù),所以()也都是偶數(shù).此時(shí)設(shè)(),
顯然也是“和諧集”,重復(fù)上述操作有限次,便可以使得各項(xiàng)都為奇數(shù)的“和諧集”,
此時(shí)各項(xiàng)的和也是奇數(shù),集合中元素的個(gè)數(shù)也是奇數(shù),
綜上所述:若集合是“和諧集”,則集合中元素個(gè)數(shù)為奇數(shù).
(3)由(2)知集合中元素個(gè)數(shù)為奇數(shù),顯然時(shí),集合不是“和諧集”,
當(dāng)時(shí),不妨設(shè),若A為“和諧集”,去掉后,得,去掉后,得,兩式矛盾,故時(shí),集合不是“和諧集”,
當(dāng),設(shè),去掉1后,,
去掉3后,,去掉5后,,
去掉7后,,去掉9后,,
去掉11后,,去掉13后,,
故是“和諧集”,元素個(gè)數(shù)的最小值為7.
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)睛:此題考查對集合新定義的理解和應(yīng)用,考查理解能力,解題的關(guān)鍵是對“和諧集”的準(zhǔn)確理解,運(yùn)用分類討論求解是常用方法,屬于較難題.
5.(2024上·北京朝陽·高一統(tǒng)考期末)已知集合,其中且,非空集合,記為集合B中所有元素之和,并規(guī)定當(dāng)中只有一個(gè)元素時(shí),.
(1)若,寫出所有可能的集合B;
(2)若,且是12的倍數(shù),求集合B的個(gè)數(shù);
(3)若,證明:存在非空集合,使得是的倍數(shù).
【答案】(1),,,
(2)4
(3)證明見詳解
【分析】根據(jù)條件,可列出(1)(2)中所有滿足條件的;對(3),分情況討論,尋找使是倍數(shù)的集合.
【詳解】(1)所有可能的集合為:,,,.
(2)不妨設(shè):,由于,且,
所以.
由題意,是12的倍數(shù)時(shí),或.
當(dāng)時(shí),因?yàn)椋?br>所以當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),成立,故符合題意.
當(dāng)時(shí),
若,則,故或符合題意;
若,則,故符合題意;
若,則,無解.
綜上,所有可能的集合為,,,.
故滿足條件的集合的個(gè)數(shù)為.
(3)(1)當(dāng)時(shí),設(shè),則
,
這個(gè)數(shù)取個(gè)值,故其中有兩個(gè)數(shù)相等.
又因?yàn)?,于是?br>從而互不相等,互不相等,
所以存在,使得.
又因,故.
則,則,結(jié)論成立.
(2)當(dāng)時(shí),不妨設(shè),
則(),在這個(gè)數(shù)中任取3個(gè)數(shù),.
若與都是的倍數(shù),,
這與矛盾.
則至少有2個(gè)數(shù),它們之差不是的倍數(shù),不妨設(shè)不是的倍數(shù).
考慮這個(gè)數(shù):,,,,,.
①若這個(gè)數(shù)除以的余數(shù)兩兩不同,則其中必有一個(gè)是的倍數(shù),又,且均不為,
故存在,使得.
若為偶數(shù),取,則,結(jié)論成立;
若為奇數(shù),取,則,結(jié)論成立.
②若這個(gè)數(shù)除以的余數(shù)中有兩個(gè)相同,則它們之差是的倍數(shù),又,均不是的倍數(shù),
故存在,使得.
若為偶數(shù),取,則,結(jié)論成立;
若為奇數(shù),取,則,結(jié)論成立.
綜上,存在非空集合,使得是的倍數(shù).
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)睛:如何找到非空集合,使得是的倍數(shù)是問題的關(guān)鍵.
6.(2023上·北京朝陽·高二統(tǒng)考期末)設(shè)正整數(shù),若由實(shí)數(shù)組成的集合滿足如下性質(zhì),則稱為集合:對中任意四個(gè)不同的元素,均有.
(1)判斷集合和是否為集合,說明理由;
(2)若集合為集合,求中大于1的元素的可能個(gè)數(shù);
(3)若集合為集合,求證:中元素不能全為正實(shí)數(shù).
【答案】(1)是集合,不是集合;
(2)中大于1的元素的可能個(gè)數(shù)為.
(3)見解析
【分析】(1)由集合的定義即可得出答案;
(2)由題意可得,不妨設(shè),分類討論,,和結(jié)合集合的性質(zhì)即可得出答案;
(3)根據(jù)已知新定義,分類討論、反證法進(jìn)行求解、證明.
【詳解】(1)集合是集合,
當(dāng)時(shí),;
當(dāng)時(shí),;
當(dāng)時(shí),;
集合不是集合,
取,則,不滿足題中性質(zhì).
(2)當(dāng)時(shí),,
當(dāng)時(shí),,
當(dāng)時(shí),,
所以.
不妨設(shè),
①若,因?yàn)?,從而,與矛盾;
②若,因?yàn)?,故?br>所以.
經(jīng)驗(yàn)證,此時(shí)是集合,元素大于1的個(gè)數(shù)為;
③若,因?yàn)椋耘c矛盾;
④若,因?yàn)椋剩?br>所以.
經(jīng)驗(yàn)證,此時(shí)是集合,元素大于1的個(gè)數(shù)為;
綜上:中大于1的元素的可能個(gè)數(shù)為.
(3)假設(shè)集合中全為正實(shí)數(shù).
若中至少兩個(gè)正實(shí)數(shù)大于,設(shè),則,
取,則,
而,從而,矛盾;
因此中至多有1個(gè)正實(shí)數(shù)大于.
當(dāng)時(shí),設(shè),
若,
當(dāng)時(shí),,
當(dāng)時(shí),,
當(dāng)時(shí),,
由于,
,
所以,
所以.
因?yàn)椋?br>所以
,矛盾.
因此當(dāng)時(shí),.
當(dāng)時(shí),集合中至少有4個(gè)不同的正實(shí)數(shù)不大于,
設(shè),
因?yàn)槭怯邢藜?,設(shè),其中.
又因?yàn)榧现兄辽儆?個(gè)不同的正實(shí)數(shù)不大于,
所以,且存在,且使互不相同,
則,
當(dāng)時(shí),,
當(dāng)時(shí),,
于是,
與矛盾.
因此,中元素不能全為正實(shí)數(shù).
【點(diǎn)睛】思路點(diǎn)睛:對于與集合有關(guān)的新定義問題,注意根據(jù)定義檢驗(yàn),另外在問題解決的過程中,注意局部性質(zhì)與整體性質(zhì)的關(guān)系,注意利用已有的結(jié)果來解決后面的問題.
7.(2023上·浙江·高一校聯(lián)考階段練習(xí))設(shè),若滿足,則稱比更接近.
(1)設(shè)比更接近0,求的取值范圍;
(2)判斷“”是“比更接近”的什么條件,并說明理由;
(3)設(shè)且,試判斷與哪一個(gè)更接近.
【答案】(1)
(2)充分不必要條件,理由見解析;
(3)更接近
【分析】(1)依據(jù)定義列出不等式,結(jié)合一元二次不等式解法即可求得的取值范圍;
(2)根據(jù)已知條件分別判斷充分性和必要性是否成立即可得出結(jié)論;
(3)由且利用函數(shù)單調(diào)性,分別對和時(shí)與的大小進(jìn)行比較,即可得出結(jié)論.
【詳解】(1)根據(jù)題意可得,即;
可得,解得;
即的取值范圍為;
(2)充分性:顯然,由可得,
①若,則,可得;
又可得,所以;
即可得,此時(shí)可以得出“比更接近”;
②若,則,可得;
又可得,所以;
即可得,此時(shí)可以得出“比更接近”;
因此充分性成立
必要性:由比更接近可得,即,
若,此時(shí),即必要性不成立;
所以“”是“比更接近”的充分不必要條件;
(3)當(dāng)時(shí),顯然在上單調(diào)遞減,
所以,即;
易知,
所以,
由對勾函數(shù)性質(zhì)可知在上單調(diào)遞增,
所以,
即可得,即;
同理當(dāng)時(shí),由單調(diào)性可知,即;
可知,
又由對勾函數(shù)性質(zhì)可知函數(shù)在上單調(diào)遞減,在上單調(diào)遞增;
又,
所以在時(shí)恒成立,即;
綜上可得滿足,即更接近.
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)睛:本題關(guān)鍵在于理解新定義的概念,并結(jié)合不等式性質(zhì)以及函數(shù)單調(diào)性比較出兩絕對值大小,再由定義得出結(jié)論.
8.(2024下·安徽·高三池州市第一中學(xué)校聯(lián)考開學(xué)考試)基本不等式可以推廣到一般的情形:對于個(gè)正數(shù),它們的算術(shù)平均不小于它們的幾何平均,即,當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),等號成立.若無窮正項(xiàng)數(shù)列同時(shí)滿足下列兩個(gè)性質(zhì):①;②為單調(diào)數(shù)列,則稱數(shù)列具有性質(zhì).
(1)若,求數(shù)列的最小項(xiàng);
(2)若,記,判斷數(shù)列是否具有性質(zhì),并說明理由;
(3)若,求證:數(shù)列具有性質(zhì).
【答案】(1)最小項(xiàng)為
(2)數(shù)列具有性質(zhì),理由見解析.
(3)證明見解析
【分析】(1)利用,結(jié)合三個(gè)數(shù)的算術(shù)平均不小于它們的幾何平均求解;
(2)變形,再利用等比數(shù)列求和證明性質(zhì)①,利用證明②;
(3)結(jié)合二項(xiàng)式定理及n元基本不等式求解.
【詳解】(1),當(dāng)且僅當(dāng),即時(shí),等號成立,
數(shù)列的最小項(xiàng)為.
(2)數(shù)列具有性質(zhì).
,
,
數(shù)列滿足條件①.
為單調(diào)遞增數(shù)列,數(shù)列滿足條件②.
綜上,數(shù)列具有性質(zhì).
(3)先證數(shù)列滿足條件①:
.
當(dāng)時(shí),
(3)在區(qū)間上,函數(shù)有唯一零點(diǎn),應(yīng)用零點(diǎn)存在性定理即可,同時(shí)還要關(guān)注區(qū)間邊界函數(shù)值為零和判別式為零的情形.
【詳解】(1)設(shè)為不動點(diǎn),因此,即,
解得或,所以為函數(shù)的不動點(diǎn).
(2)方程,即,
有,
因?yàn)?,于是得一元二次方程有兩個(gè)不等實(shí)根,
即判別式,
依題意,對于任意的,不等式恒成立,
只需關(guān)于未知數(shù)的方程無實(shí)數(shù)根,
則判別式,
整理得,解得,
所以實(shí)數(shù)a的取值范圍是.
(3)由,得,
由于函數(shù)在上有且只有一個(gè)不動點(diǎn),
即在上有且只有一個(gè)解
令
①,則,解得;
②,即時(shí),
方程可化為,另一個(gè)根為,不符合題意,舍去;
③,即時(shí),
方程可化為,另一個(gè)根為1,滿足;
④,即,解得,
(i)當(dāng)時(shí),方程的根為,滿足;
(ii)當(dāng)時(shí),方程的根為,不符合題意,舍去;
綜上,m的取值范圍是或.
10.(2023下·上海普陀·高二校考期中)對于函數(shù),分別在處作函數(shù)的切線,記切線與軸的交點(diǎn)分別為,記為數(shù)列的第n項(xiàng),則稱數(shù)列為函數(shù)的“切線-軸數(shù)列”,同理記切線與軸的交點(diǎn)分別為,記為數(shù)列的第n項(xiàng),則稱數(shù)列為函數(shù)的“切線-軸數(shù)列”
(1)設(shè)函數(shù),記“切線-軸數(shù)列”為,記為的前n項(xiàng)和,求.
(2)設(shè)函數(shù),記“切線-軸數(shù)列”為,猜想的通項(xiàng)公式并證明你的結(jié)論.
(3)設(shè)復(fù)數(shù)均為不為0的實(shí)數(shù),記為的共軛復(fù)數(shù),設(shè),記“切線-軸數(shù)列”為,求證:對于任意的不為0的實(shí)數(shù),總有成立.
【答案】(1)當(dāng)是正奇數(shù)時(shí),;當(dāng)是正偶數(shù)時(shí),
(2)
(3)證明見解析
【分析】(1)求出導(dǎo)數(shù),設(shè)出切點(diǎn),表示出切線方程,根據(jù)“切線-軸數(shù)列”的定義即可求出數(shù)列的通項(xiàng)公式,進(jìn)一步分類討論即可求其前項(xiàng)和.
(2)求出導(dǎo)數(shù),設(shè)出切點(diǎn),表示出切線方程,根據(jù)“切線-軸數(shù)列”的定義即可求出數(shù)列的通項(xiàng)公式.
(3)由復(fù)數(shù)的概念、運(yùn)算先表示出,再求出導(dǎo)數(shù),設(shè)出切點(diǎn),表示出切線方程,根據(jù) “切線-軸數(shù)列”的定義即可求出數(shù)列的通項(xiàng)公式結(jié)合的定義以及模即可得證.
【詳解】(1)由題意,則,設(shè)切點(diǎn)為,
則過切點(diǎn)的切線為,
令,整理得,
當(dāng)是正奇數(shù)時(shí),;當(dāng)是正偶數(shù)時(shí),;
所以當(dāng)是正奇數(shù)時(shí),;當(dāng)是正偶數(shù)時(shí),.
(2)猜想的通項(xiàng)公式為,證明過程如下:
由題意,則,設(shè)切點(diǎn)為,
則過切點(diǎn)的切線為,
令,整理得.
(3)由題意,則,
所以,
設(shè)切點(diǎn)為,
則過切點(diǎn)的切線為,
令,整理得.
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵點(diǎn)睛:解決問題的關(guān)鍵是讀懂新定義的數(shù)列,然后具體會求切線方程進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換即可,綜合性較強(qiáng).
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