已知 $f(x)={\rm e}^{-|x|}+\cos \pi x$,给出下列命题:
① $f(x)$ 的最大值为 $2$;
② $f(x)$ 在 $(-10,10)$ 内的零点之和为 $0$;
③ $f(x)$ 的任何一个极大值都大于 $1$.
其中,所有正确命题的序号是 .
① $f(x)$ 的最大值为 $2$;
② $f(x)$ 在 $(-10,10)$ 内的零点之和为 $0$;
③ $f(x)$ 的任何一个极大值都大于 $1$.
其中,所有正确命题的序号是
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
①②③
【解析】
对于命题 ①,由于\[f(x)={\rm e}^{-|x|}+\cos\pi x\leqslant 2,\]等号当且仅当 $x=0$ 时取得.因此函数 $f(x)$ 的最大值为 $2$;
对于命题 ②,由于 $f(x)$ 是偶函数,且在区间 $(-10,10)$ 内存在零点,于是 $f(x)$ 在 $(-10,10)$ 内的零点之和为 $0$;
对于命题 ③,显然所有非零整数均不是函数 $f(x)$ 的极值点.而 $x=0$ 是函数 $f(x)$ 的极大值.且有 $f(0)=2>1$.考虑到 $f(x)$ 是偶函数,接下来考虑函数 $f(x)$ 在形如 $\left(2k,2k+2\right]$($k\in\mathbb N$)的区间内的极值点情况.设 $x=t$ 是函数 $f(x)$ 的极值点,则\[-{\rm e}^{-t}-\pi\sin \pi t=0,\]如图.
由于在区间 $(2k,2k+1)$ 上,有 $f'(x)<0$,又\[f'(2k+1)<0,f'\left(2k+\dfrac 32\right)>0,f'(2k+2)<0,\]因此函数 $f(x)$ 在区间 $(2k,2k+1)$ 上不存在极值点,在区间 $\left(2k+1,2k+\dfrac 32\right)$ 上存在一个极小值点,在区间 $\left(2k+\dfrac 32,2k+2\right]$ 上存在一个极大值点.又由于\[f''(x)={\rm e}^{-x}-\pi^2\cos\pi x,\]在区间 $(2k+1,2k+2]$ 上单调递减,于是函数 $f''(x)$ 在区间 $(2k+1,2k+2]$ 内至多只有一个零点,进而函数 $f'(x)$ 在区间 $(2k+1,2k+2]$ 内至多只有两个零点.因此函数 $f(x)$ 在区间 $(2k,2k+2]$($k\in\mathbb N$)内的极大值存在且唯一.
另一方面,在每个区间 $(2k,2k+2]$($k\in\mathbb N$)内,均存在 $x_0=2k+2$.使得\[f(x_0)={\rm e}^{-2k-2}+1>1,\]于是函数 $f(x)$ 的每个极大值都大于 $1$.
对于命题 ②,由于 $f(x)$ 是偶函数,且在区间 $(-10,10)$ 内存在零点,于是 $f(x)$ 在 $(-10,10)$ 内的零点之和为 $0$;
对于命题 ③,显然所有非零整数均不是函数 $f(x)$ 的极值点.而 $x=0$ 是函数 $f(x)$ 的极大值.且有 $f(0)=2>1$.考虑到 $f(x)$ 是偶函数,接下来考虑函数 $f(x)$ 在形如 $\left(2k,2k+2\right]$($k\in\mathbb N$)的区间内的极值点情况.设 $x=t$ 是函数 $f(x)$ 的极值点,则\[-{\rm e}^{-t}-\pi\sin \pi t=0,\]如图.

另一方面,在每个区间 $(2k,2k+2]$($k\in\mathbb N$)内,均存在 $x_0=2k+2$.使得\[f(x_0)={\rm e}^{-2k-2}+1>1,\]于是函数 $f(x)$ 的每个极大值都大于 $1$.
题目
答案
解析
备注