复旦大学 2020年强基第3题

强基计划真题

📝 题目

已知 $f(x)=a \sin 2 \pi x+b \cos 2 \pi x+c \sin 4 \pi x+d \cos 4 \pi x$ ,若 $\displaystyle f\left(\frac{1}{2}+x\right)+f(x)=f(2 x)$ ,则在 $a, b, c, d$ 中能确定的参数是 $\_\_\_\_$。

💡 答案解析

解:令 $x=0$ 得 $\displaystyle f\left(\frac{1}{2}\right)=0$ ,即 $d-b=0$ 令 $\displaystyle x=-\frac{1}{2}$ 得 $\displaystyle f\left(-\frac{1}{2}\right)+f(0)=f(-1)$ ,即 $b+d=d-b$ $\therefore d=b=0$ ,即 $f(x)=a \sin 2 \pi x+c \sin 4 \pi x$ $\displaystyle \therefore f\left(x+\frac{1}{2}\right)=a \sin (2 \pi x+\pi)+c \sin (4 \pi x+2 \pi)$ $$ =-a \sin 2 \pi x+c \sin 4 \pi x $$ $f(2 x)=a \sin 4 \pi x+c \sin 8 \pi x$ $\therefore 2 c \sin 4 \pi x=a \sin 4 \pi x+c \sin 8 \pi x$ 即 $(2 c-a) \sin 4 \pi x=2 c \sin 4 \pi x \cos 4 \pi x$ $\therefore 2 c-a=2 c \cos 4 \pi x$ 即 $2 c-a=2 c=0 \quad \therefore a=c=0$ 综上 $a=b=c=d=0$ 。

📋 详细解题步骤

步骤 1/7
目标:利用特殊值x=0得到关系式
令x=0,代入恒等式得f(1/2)+f(0)=f(0),即f(1/2)=0。计算f(1/2)=a sinπ+b cosπ+c sin2π+d cos2π= -b+d=0,所以d=b。
公式:f(1/2)= -b+d=0
提示:选择x=0简化方程
步骤 2/7
目标:利用特殊值x=-1/2得到关系式
令x=-1/2,得f(0)+f(-1/2)=f(-1)。计算f(-1/2)=a sin(-π)+b cos(-π)+c sin(-2π)+d cos(-2π)= -b+d,f(-1)=a sin(-2π)+b cos(-2π)+c sin(-4π)+d cos(-4π)=b+d。代入得(b+d)+( -b+d)=b+d,化简得2d=b+d,所以b=d。结合d=b得b=d=0。
公式:f(0)+f(-1/2)=f(-1) ⇒ b+d=0
提示:注意三角函数的奇偶性
步骤 3/7
目标:简化f(x)表达式
由b=d=0,f(x)=a sin2πx + c sin4πx。
公式:f(x)=a sin2πx + c sin4πx
提示:消去余弦项
步骤 4/7
目标:计算f(x+1/2)和f(2x)
f(x+1/2)=a sin(2πx+π)+c sin(4πx+2π)= -a sin2πx + c sin4πx。f(2x)=a sin4πx + c sin8πx。
公式:f(x+1/2)= -a sin2πx + c sin4πx, f(2x)=a sin4πx + c sin8πx
提示:利用正弦的周期性和奇偶性
步骤 5/7
目标:代入恒等式并化简
由f(x+1/2)+f(x)=f(2x)得(-a sin2πx + c sin4πx)+(a sin2πx + c sin4πx)=a sin4πx + c sin8πx,即2c sin4πx = a sin4πx + c sin8πx。
公式:2c sin4πx = a sin4πx + c sin8πx
提示:合并同类项
步骤 6/7
目标:利用恒等式确定参数
将sin8πx=2 sin4πx cos4πx代入得2c sin4πx = a sin4πx + 2c sin4πx cos4πx,即(2c - a) sin4πx = 2c sin4πx cos4πx。由于对任意x成立,令x使得sin4πx≠0,得2c - a = 2c cos4πx。此式对任意x成立,故2c=0且2c-a=0,解得c=0,a=0。
公式:2c - a = 2c cos4πx ⇒ c=0, a=0
提示:利用恒等式对任意x成立,系数必须为零
步骤 7/7
目标:总结能确定的参数
由以上推导得a=0, b=0, c=0, d=0,所有参数均可确定。
提示:注意题目问能确定的参数

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