2023 AMC 12B 第 22 题

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22.

实值函数 ff 满足:对所有实数 aa 和 bb,
f(a+b)+f(a−b)=2f(a)f(b)。 \begin{gathered} f(a+b)+f(a-b) \\ =2f(a)f(b) \end{gathered}\text{。}
以下哪一个不可能是 f(1)f(1) 的值?
A real-valued function ff has the property that for all real numbers aa and b,b,
f(a+b)+f(a−b)=2f(a)f(b). \begin{gathered} f(a+b)+f(a-b) \\ =2f(a)f(b). \end{gathered}
Which one of the following cannot be the value of f(1)?f(1)?
00
11
−1-1
22
−2-2
答案:E
知识点:函数方程极限情形界定
小提示:
令 a=b=0a=b=0 确定 f(0)f(0),再令 a=ba=b 将 f(2a)f(2a) 与 f(a)f(a) 联系起来
Set a=b=0a=b=0 to pin down f(0),f(0), then set a=ba=b to relate f(2a)f(2a) to f(a)f(a)
大提示:
由 a=ba=b,得 f(2a)=2f(a)2−1≥−1f(2a)=2f(a)^2-1\ge -1;取 a=12a=\tfrac12 可给出 f(1)f(1) 的下界
From a=b,a=b, f(2a)=2f(a)2−1≥−1;f(2a)=2f(a)^2-1\ge -1; taking a=12a=\tfrac12 bounds f(1)f(1) from below
解答:
令 a=b=0a=b=0 得 2f(0)=2f(0)22f(0)=2f(0)^2,所以 f(0)=0f(0)=0 或 f(0)=1f(0)=1。如果 f(0)=0f(0)=0,则令 b=0b=0 可推出 f≡0f\equiv 0,此时 f(1)=0f(1)=0。否则 f(0)=1f(0)=1,令 a=ba=b 得 f(2a)=2f(a)2−1≥−1f(2a)=2f(a)^2-1\ge -1 对每个 aa 都成立。特别地,取 a=12a=\tfrac12,得 f(1)=2f ⁣(12)2−1≥−1f(1)=2f\!\left(\tfrac12\right)^2-1\ge -1。所以 f(1)≥−1f(1)\ge -1,而且 [−1,∞)[-1,\infty) 中的每个值都可达到(例如 f(x)=cos⁡(kx)f(x)=\cos(kx) 或 cosh⁡(kx)\cosh(kx))。因此 −2-2 不可能。
因此,正确答案是 E。
Setting a=b=0a=b=0 gives 2f(0)=2f(0)2,2f(0)=2f(0)^2, so f(0)=0f(0)=0 or f(0)=1.f(0)=1. If f(0)=0,f(0)=0, then setting b=0b=0 forces f≡0,f\equiv 0, giving f(1)=0.f(1)=0. Otherwise f(0)=1,f(0)=1, and setting a=ba=b gives f(2a)=2f(a)2−1≥−1f(2a)=2f(a)^2-1\ge -1 for every a.a. In particular, with a=12,a=\tfrac12, f(1)=2f ⁣(12)2−1≥−1.f(1)=2f\!\left(\tfrac12\right)^2-1\ge -1. So f(1)≥−1,f(1)\ge -1, and indeed every value in [−1,∞)[-1,\infty) is attainable (e.g. f(x)=cos⁡(kx)f(x)=\cos(kx) or cosh⁡(kx)\cosh(kx)). Hence −2-2 is impossible.
Thus, the correct answer is E.
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