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设函数fx是定义在R上的奇函数,且对任意x属于R都有fx f(x+4)

2025-05-28 07:23:03

问题描述:

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2025-05-28 07:23:03

题目:

设函数 \( f(x) \) 是定义在实数集 \( \mathbb{R} \) 上的奇函数,并且满足对于任意的 \( x \in \mathbb{R} \),都有 \( f(x) + f(x+4) = 0 \)。求解函数 \( f(x) \) 的具体形式。

分析与解答:

首先,根据题目条件,函数 \( f(x) \) 是奇函数,这意味着它满足以下性质:

\[

f(-x) = -f(x), \quad \forall x \in \mathbb{R}.

\]

其次,题目还给出了一个重要的等式:

\[

f(x) + f(x+4) = 0.

\]

这表明函数 \( f(x) \) 在间隔为 4 的点上具有某种对称性或周期性。

第一步:推导递推关系

从方程 \( f(x) + f(x+4) = 0 \),可以得到:

\[

f(x+4) = -f(x).

\]

进一步,将 \( x \) 替换为 \( x+4 \),可得:

\[

f(x+8) = -f(x+4) = f(x).

\]

因此,函数 \( f(x) \) 具有周期性,其周期为 8,即:

\[

f(x+8) = f(x).

\]

第二步:结合奇函数性质

由于 \( f(x) \) 是奇函数,结合周期性,我们可以进一步探讨其具体形式。假设 \( f(x) \) 在某区间内的值已知,则可以通过奇函数的性质和周期性扩展到整个实数域。

例如,若 \( f(0) = 0 \)(这是奇函数的自然条件),则可以逐步推导其他值。利用 \( f(x+4) = -f(x) \),可以写出:

\[

f(4) = -f(0) = 0,

\]

\[

f(8) = f(0) = 0,

\]

以此类推。

第三步:构造具体形式

为了满足上述性质,常见的函数形式可能是正弦函数或其变形。考虑函数:

\[

f(x) = A \sin\left(\frac{\pi}{4} x\right),

\]

其中 \( A \) 是常数。验证该函数是否满足题目条件:

1. 奇函数性质:\( \sin(-x) = -\sin(x) \),显然成立。

2. 周期性:\( \sin(x) \) 的周期为 \( 2\pi \),而 \( \frac{\pi}{4} x \) 的周期为 8,也成立。

3. 满足递推关系:\( f(x+4) = A \sin\left(\frac{\pi}{4}(x+4)\right) = A \sin\left(\frac{\pi}{4} x + \pi\right) = -A \sin\left(\frac{\pi}{4} x\right) = -f(x) \),成立。

因此,函数 \( f(x) = A \sin\left(\frac{\pi}{4} x\right) \) 是一个满足所有条件的解。

结论:

函数 \( f(x) \) 的具体形式为:

\[

f(x) = A \sin\left(\frac{\pi}{4} x\right),

\]

其中 \( A \) 为任意实数。

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