集合 $M $ 由满足以下条件的函数 $f\left( x \right)$ 组成:对任意 ${x_1},{x_2} \in \left[ { - 1,1} \right]$,都有 $\left| {f\left( {x_1} \right) - f\left( {x_2} \right)} \right| \leqslant 4\left| {{x_1} - {x_2}} \right|$.对于两个函数 ${f_1}\left( x \right) = {x^2} - 2x + 5$,${f_2}\left( x \right) = \sqrt {\left| x \right|}$,以下关系成立的是  \((\qquad)\)
A: ${f_1}\left(x\right) \in M,{f_2}\left(x\right) \in M$
B: ${f_1}\left(x\right) \notin M,{f_2}\left(x\right) \notin M$
C: ${f_1}\left(x\right) \notin M,{f_2}\left(x\right) \in M$
D: ${f_1}\left(x\right) \in M,{f_2}\left(x\right) \notin M$
【难度】
【出处】
【标注】
  • 方法
    >
    数形结合
    >
    转化为距离
  • 知识点
    >
    微积分初步
    >
    微积分补充知识
    >
    拉格朗日中值定理
【答案】
D
【解析】
解题的关键在于如何理解条件“$\left| {f\left( {x_1} \right) - f\left( {x_2} \right)} \right| \leqslant 4\left| {{x_1} - {x_2}} \right|$”.
考虑到若 $x_1\neq x_2$,则 $\dfrac {\left|f(x_1)-f(x_2)\right|}{|x_1-x_2|}$ 为割线 $AB$ 斜率的绝对值,其中 $A(x_1,f(x_1))$,$B(x_2,f(x_2))$.
因此在集合 $M$ 中的函数满足的性质为在 $[-1,1]$ 的部分上的任意一条割线斜率绝对值均不超过 $4$.但将条件几何化到这里仍然不足以解决问题,关键在于割线取决于两个动点.
利用极限思想.先固定 $x_1$,当 $x_2$ 无限接近 $x_1$ 时,割线斜率就无限接近于 $f'(x_1)$.这就意味着
$p$:“$x \in [-1,1]$ 时,$|f'{(x+)}|\leqslant 4 $ 且 $|f'{(x-)}|\leqslant 4$”是“$f(x) \in M $”的必要条件.
对于 ${f_1}\left( x \right) = {x^2} - 2x + 5$,${f_1}'(x)=2x-2$,满足条件 $p$;
对于 ${f_2}\left( x \right) = \sqrt {\left| x \right|}$,当 $x>0$ 时,${f_2}'(x)=(\sqrt x)'=\dfrac {1}{2\sqrt{x}}$,不满足条件 $p$.
因此 ${f_2} '(x)\not \in M$,排除A、C;
再由 ${f_1}\left( x \right) = {x^2} - 2x + 5$ 的图象特点,其任意一条割线 $ABb$ 的斜率 $k_{AB}$ 均在 $f'(x_1)$ 和 $f'(x_2)$ 之间,这就意味着在区间 $ (x_1,x_2)$ 上必然存在一点 $x_0$,使得 $f'(x_0)=k_{AB}$.从而由 $|f'{x}|\leqslant 4$ 可得 $|k_{AB}|\leqslant 4$.
因此 ${f_1}(x) \in M $,选D.
题目 答案 解析 备注
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