已知定义在 $\left[ {0,1} \right]$ 上的函数 $f\left( x \right)$ 满足:
① $f\left( 0 \right) = f\left( 1 \right) = 0$;
② 对所有 $x,y \in \left[ {0,1} \right]$,且 $x \ne y$,有 $\left| {f\left( x \right) - f\left( y \right)} \right| < \dfrac{1}{2}\left| {x - y} \right|$.
若对所有的 $x,y \in \left[ {0,1} \right]$,$\left| {f\left( x \right) - f\left( y \right)} \right| < k$ 恒成立,则 $k$ 的最小值为 \((\qquad)\)
① $f\left( 0 \right) = f\left( 1 \right) = 0$;
② 对所有 $x,y \in \left[ {0,1} \right]$,且 $x \ne y$,有 $\left| {f\left( x \right) - f\left( y \right)} \right| < \dfrac{1}{2}\left| {x - y} \right|$.
若对所有的 $x,y \in \left[ {0,1} \right]$,$\left| {f\left( x \right) - f\left( y \right)} \right| < k$ 恒成立,则 $k$ 的最小值为 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
B
【解析】
本题可先根据特殊情况判断出 $k\geqslant \dfrac 14$,然后证明能取到 $\dfrac 14$.由已知得\[\left|f\left(\dfrac 12\right)-f\left(0\right)\right|=\left|f\left(\dfrac 12\right)\right|<\dfrac 12\left|\dfrac 12-0\right|=\dfrac 14,\]且取\[f\left(x\right)= \begin{cases} mx,0\leqslant x\leqslant \dfrac 12,\\ m\left(1-x\right),\dfrac 12<x\leqslant 1.\end{cases} \]其中 $m$ 为比 $\dfrac 12$ 小的任意正数,则 $f\left(x\right)$ 满足要求.而对所有 $x,y\in\left[0,1\right]$,$\left|f\left(x\right)-f\left(y\right)\right|\leqslant \dfrac 12m$.$\dfrac 12m$ 可以无限接近 $\dfrac 14$,故 $k\geqslant \dfrac 14$.
又当 $k=\dfrac 14$ 时,对任意的 $x,y\in\left[0,1\right]$,不妨设 $x<y$,
若 $y-x\leqslant \dfrac 12$,则\[|f\left(x\right)-f\left(y\right)|<\dfrac 12|x-y|\leqslant \dfrac 14;\]若 $y-x> \dfrac 12$,则\[ \begin{split}|f\left(x\right)-f\left(y\right)|&=|f\left(x\right)-f\left(0\right)+f\left(1\right)-f\left(y\right)|\\&\overset{\left[a\right]}\leqslant \dfrac 12|x|+\dfrac 12|1-y|=\dfrac 12\left(1-y+x\right)\\&< \dfrac 14.\end{split} \](推导中用到:[a])综上知,$|f\left(x\right)-f\left(y\right)|<\dfrac 14$ 恒成立.
故 $k$ 的最小值为 $\dfrac 14$.
又当 $k=\dfrac 14$ 时,对任意的 $x,y\in\left[0,1\right]$,不妨设 $x<y$,
若 $y-x\leqslant \dfrac 12$,则\[|f\left(x\right)-f\left(y\right)|<\dfrac 12|x-y|\leqslant \dfrac 14;\]若 $y-x> \dfrac 12$,则\[ \begin{split}|f\left(x\right)-f\left(y\right)|&=|f\left(x\right)-f\left(0\right)+f\left(1\right)-f\left(y\right)|\\&\overset{\left[a\right]}\leqslant \dfrac 12|x|+\dfrac 12|1-y|=\dfrac 12\left(1-y+x\right)\\&< \dfrac 14.\end{split} \](推导中用到:[a])综上知,$|f\left(x\right)-f\left(y\right)|<\dfrac 14$ 恒成立.
故 $k$ 的最小值为 $\dfrac 14$.
题目
答案
解析
备注