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分段、绝对值与取整函数
分段函数的困难在于输入属于哪个分支,以及经过一次运算后是否进入另一分支。
绝对值与分段
是数轴上 到 的距离。处理多个绝对值时,先排列零点,再分别去绝对值;最后检查分界点。
例如 在 时为 ,在 时为 ,在 时为 ,所以最小值 在整段 上取得。
拓展:加权绝对值和
对 ,函数 在非分界点处的斜率是左侧权重和减去右侧权重和。越过 时斜率增加 ,因此最小值在左右累计权重均不超过总权重一半的点上取得。若某段斜率为零,整段都是最小点。
这里的理由是:全部权重为正,斜率随 增大只会上升。一个点的左侧斜率非正、右侧斜率非负时,函数向该点移动不会增大,离开该点也不会减小,故它给出全局最小值。这两个斜率条件恰好等价于严格左侧、严格右侧的权重各不超过总权重的一半。完整推导、重复数据与区间约束见加权中位数。
取整函数与小数部分
对任意实数 ,不大于 的最大整数叫作 的整数部分,记为 (有些讲义记为 )。其精确定义是
函数 的定义域为 ,值域为 。它在每段 恒等于 ,在整个实轴上单调不减,但不严格递增:若 ,整数 ,故 。
定义小数部分为 。于是
小数部分函数的定义域是 ,值域是 ;在每段 上等于 ,严格递增,但跨过整数时回到 ,故在整个实轴上不单调。由 ,有 ,所以 是周期;若 是周期,代入 得 ,故 必为正整数,最小正周期为 。
例如 、。负数仍按上述不等式确定整数部分,不能按“截去小数”处理。
易错点
取整不是截去小数。计算 时第二次应根据 的值选择分支,不能沿用第一次的区间。
例:分段函数求值、解方程与值域
设
计算 时,先算 ,再按输入 使用第二段,得到 。
解 时须分别解 且 、 且 ,得到 。第二个方程的负根不符合其所在分支,但 在第一段恰好又是解;每个候选根都要按对应分支验证。
第一段值域为 ,第二段为 ,合并为 。值域是取并集,不是取交集。
例:每段递增仍不保证整体递增
设
两段各自严格递增,但还要比较跨过 的输入。左段最大值是 ,右段所有值都大于 ,且可任意接近 。
若 ,则对任意 ,都有 ,因此整体严格递增。若 ,取足够小的正数 ,就有 ,不递增。
故条件为 。所谓“比较接缝”实质是比较两段值的次序;若右段在端点无定义,不能不加说明地写出右段的端点函数值。
关联阅读
进一步阅读:取整函数的恒等式与估计。
先修:单调性、奇偶性、周期与对称 · 分式、根式与等价变形。