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这道题目要求我们计算函数f的一系列值的和。已知函数f的定义域是实数集,满足函数方程f(x+y) + f(x-y) = f(x)f(y),且f(1)=1。我们需要求出f(1) + f(2) + ... + f(21) + f(22)的值。解决这类函数方程问题,我们通常需要分析函数的性质,找出递推关系,然后寻找函数值的规律。接下来,我们将一步步分析这个问题。
首先,我们需要确定f(0)的值。将x=0和y=0代入函数方程,得到f(0) + f(0) = f(0)f(0),即2f(0) = f(0)的平方。这个方程可以变形为f(0)乘以(f(0) - 2) = 0,所以f(0) = 0或f(0) = 2。接下来,我们代入x=0,y为任意值,得到f(y) + f(-y) = f(0)f(y)。如果f(0) = 0,那么f(y) + f(-y) = 0,即f(-y) = -f(y),函数是奇函数。如果f(0) = 2,那么f(y) + f(-y) = 2f(y),即f(-y) = f(y),函数是偶函数。我们需要进一步验证哪种情况是正确的。
现在,我们来建立递推关系。将y=1代入函数方程,得到f(x+1) + f(x-1) = f(x)f(1)。由于f(1) = 1,所以f(x+1) + f(x-1) = f(x)。这是一个重要的递推关系。接下来,我们使用f(0) = 2和这个递推关系来计算函数的值。已知f(1) = 1,我们可以计算f(2):f(2) + f(0) = f(1),即f(2) + 2 = 1,所以f(2) = -1。继续计算f(3):f(3) + f(1) = f(2),即f(3) + 1 = -1,所以f(3) = -2。依此类推,我们可以计算出f(4) = -1,f(5) = 1,f(6) = 2,f(7) = 1。观察这些值,我们发现函数值呈现周期性,周期为6,序列为(1, -1, -2, -1, 1, 2)。而且,一个周期内函数值的和等于0。
现在,我们来计算所需的和:f(1) + f(2) + ... + f(21) + f(22)。我们已经知道函数值的周期为6,序列为(1, -1, -2, -1, 1, 2),且一个周期内函数值的和为0。22可以表示为3乘以6加4,即3个完整周期加4项。因此,f(1) + f(2) + ... + f(22) = 3乘以0加上[f(1) + f(2) + f(3) + f(4)]。计算前4项的和:1 + (-1) + (-2) + (-1) = -3。所以,最终结果是-3。答案是A选项。
让我们总结一下这道函数方程题的解题思路。首先,我们分析了函数方程f(x+y) + f(x-y) = f(x)f(y),通过代入特殊值x=0和y=0,确定f(0)=2,并验证f是偶函数。然后,我们代入y=1,建立了递推关系f(x+1) + f(x-1) = f(x)。利用这个递推关系和已知条件f(1)=1,我们计算出了一系列函数值,发现函数值呈周期性变化,周期为6,序列为(1, -1, -2, -1, 1, 2),且一个周期内函数值的和为0。最后,我们利用这一周期性质,将求和问题f(1) + f(2) + ... + f(21) + f(22)转化为求3个完整周期的和加上余项之和,即0加上前4项的和-3,得到最终答案-3。这种解题方法体现了函数方程问题的一般思路:寻找特殊值,建立递推关系,发现规律,利用规律求解。