题目
已知函数f(x),g(x)的定义域均为R,且f(x)+g(2-x)=5,g(x)-f(x-4)=7.若y=g(x)的图像关于直线x=2对称,g(2)=4,则sum _(k=1)^22f(k)=( )A. -21B. -22C. -23D. -24
已知函数f(x),g(x)的定义域均为R,且f(x)+g(2-x)=5,g(x)-f(x-4)=7.若y=g(x)的图像关于直线x=2对称,g(2)=4,则$\sum _{k=1}^{22}$f(k)=( )
A. -21
B. -22
C. -23
D. -24
题目解答
答案
D. -24
解析
考查要点:本题主要考查函数方程的联立求解、函数对称性与周期性的应用,以及数列求和的能力。
解题核心思路:
- 利用对称性:已知$g(x)$关于$x=2$对称,即$g(x)=g(4-x)$,可简化方程。
- 联立方程:通过替换变量,将两个方程联立,消去$f(x)$,得到关于$g(x)$的递推关系。
- 周期性推导:从递推关系$g(x+2)=12-g(x)$,得出$g(x)$的周期为4。
- 求和计算:利用周期性分组求和,结合$f(k)=g(k)-7$,最终求出$\sum_{k=1}^{22}f(k)$。
破题关键点:
- 对称性与周期性的结合:通过函数对称性简化方程,发现周期性规律。
- 递推关系的应用:从$g(x+2)=12-g(x)$推导出周期为4,简化求和过程。
步骤1:联立方程消去$f(x)$
- 由$g(x)-f(x-4)=7$得:
$f(x) = g(x+4) - 7.$ - 将$f(x)$代入$f(x)+g(2-x)=5$:
$g(x+4) - 7 + g(2-x) = 5 \implies g(x+4) + g(2-x) = 12.$
步骤2:利用对称性简化方程
由$g(x)=g(4-x)$,令$x' = 2-x$,则$g(2-x) = g(4-(2-x)) = g(x+2)$。代入得:
$g(x+4) + g(x+2) = 12.$
步骤3:推导周期性
令$y = x+2$,方程变为:
$g(y+2) + g(y) = 12 \implies g(y+2) = 12 - g(y).$
进一步递推得:
$g(y+4) = 12 - g(y+2) = 12 - (12 - g(y)) = g(y).$
因此,$g(x)$周期为4。
步骤4:确定$g(x)$的具体值
- 由$g(2)=4$,结合$g(y+2)=12-g(y)$,得:
$g(0) = 12 - g(2) = 8.$ - 利用对称性$g(x)=g(4-x)$,得:
$g(1) = g(3).$ - 由$g(3) = 12 - g(1)$,解得$g(1)=6$,故$g(3)=6$。
- 周期性得:$g(4)=g(0)=8$。
综上,一个周期内$g(1)=6$,$g(2)=4$,$g(3)=6$,$g(4)=8$,和为$6+4+6+8=24$。
步骤5:计算$\sum_{k=1}^{22}f(k)$
- 由$f(k)=g(k)-7$,得:
$\sum_{k=1}^{22}f(k) = \sum_{k=1}^{22}g(k) - 7 \times 22.$ - 分组求和:
- 22项含5个完整周期(20项),和为$5 \times 24 = 120$。
- 剩余2项$k=21$和$k=22$对应$g(1)=6$和$g(2)=4$,和为$6+4=10$。
- 总和$\sum g(k) = 120 + 10 = 130$。
- 最终结果:
$130 - 7 \times 22 = 130 - 154 = -24.$