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2025年高考数学上海春-21

  2026-10-10 18:07:45  

(18分)已知函数$y=f(x)$的定义域是$D$.对于$t\in D$,定义集合$S_{f(t)}=\{x\vert f(x)\geqslant f(t)\}$.
(1)$f(x)=\log _{2}x$,求$S_{f(16)}$;
(2)对于集合$A$,若对任意$x\in A$都有$-x\in A$,则称$A$是对称集.若$D$是对称集,证明:“函数$y=f(x)$是偶函数”的充要条件是“对任意$t\in D$,$S_{f(t)}$是对称集”;
(3)若$x\in R$,$f(x)={e}^{x}-\dfrac{1}{2}m{x}^{2}$.求$m$的取值范围,使得对于任意$t_{1} < t_{2}\in D$,都有${S}_{f({t}_{2})}\subseteq {S}_{f({t}_{1})}$.
〖答案〗(1)$\{x\vert x\geqslant 16\}$;
(2)证明见详解;
(3)$[0$,$e]$.
〖分析〗(1)根据对数函数的单调性即可求解;
(2)根据偶函数的定义和对称集的定义即可证明必要性和充分性;
(3)根据定义判断出函数单调不减,得到导函数大于等于0恒成立即可求解.
〖解答〗解:(1)由定义得,$S_{f(16)}=\{x\vert f(x)\geqslant f(16)\}=\{x\vert \log _{2}x\geqslant \log _{2}16\}=\{x\vert x\geqslant 16\}$.
(2)证明:必要性:因为函数$y=f(x)$是偶函数,所以对任意$x\in D$,$f(x)=f(-x)$,
对任意$t\in D$,若$x\in S_{f(t)}$,即$f(x)\geqslant f(t)$,则$f(-x)=f(x)\geqslant f(t)$,
所以$-x\in S_{f(t)}$,所以对任意$t\in D$,$S_{f(t)}$是对称集.
充分性:若对任意$t\in D$,$S_{f(t)}$是对称集,
因为对任意$t\in D$,$t\in S_{f(t)}$,所以$-t\in S_{f(t)}$,即$f(-t)\geqslant f(t)$①,
又$-t\in S_{f(-t)}$,所以$t\in S_{f(-t)}$,即$f(t)\geqslant f(-t)$②.
由①②得,对任意$t\in D$,$f(t)=f(-t)$,
所以函数$y=f(x)$是偶函数.
综上,“函数$y=f(x)$是偶函数”的充要条件是“对任意$t\in D$,$S_{f(t)}$是对称集”,得证.
(3)因为对于任意$t_{1} < t_{2}\in D$,都有${S}_{f({t}_{2})}\subseteq {S}_{f({t}_{1})}$,
所以若$x\in {S}_{f({t}_{2})}$,则$x\in {S}_{f({t}_{1})}$,即若$f(x)\geqslant f(t_{2})$,则$f(x)\geqslant f(t_{1})$,
所以$f(t_{2})\geqslant f(t_{1})$,所以$f(x)$在$R$上单调递增,
所以对任意$x\in R$,$f\prime (x)=e^{x}-mx\geqslant 0$恒成立.
当$x=0$时,显然成立,$m\in R$;
当$x > 0$时,$m\le \dfrac{{e}^{x}}{x}$恒成立,令$g(x)=\dfrac{{e}^{x}}{x}$,$g\prime (x)=\dfrac{(x-1){e}^{x}}{{x}^{2}}$,
所以$g(x)$在$(0,1)$单调递减,$(1,+\infty )$单调递增,所以$m\leqslant g(x)_{min}=g$(1)$=e$;
当$x < 0$时,$m\ge \dfrac{{e}^{x}}{x}$恒成立,此时$g\prime (x)=\dfrac{(x-1){e}^{x}}{{x}^{2}} <  0$
因为$g(x)$在$(-\infty ,0)$上单调递减,当$x\rightarrow -\infty$时,$g(x)\rightarrow 0$,$g(x) < 0$,
$x < 0$,$x\rightarrow 0$时,$g(x)\rightarrow -\infty$,
所以$m\geqslant 0$;
综上,$m$的取值范围是$[0$,$e]$.
〖点评〗本题主要考查新定义问题,函数恒成立问题,利用导数研究函数的最值,考查运算求解能力,属于难题.

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