问题 解答题
已知函数f(x)=
1+x
+
1-x

(1)求函数f(x)的定义域和值域;
(2)设F(x)=
a
x
•[f2(x)-2]+f(x)(a为实数),求F(x)在a<0时的最大值g(a);
(3)对(2)中g(a),若-m2+2tm+
2
≤g(a)对a<0所有的实数a及t∈[-1,1]恒成立,求实数m的取值范围.
答案

(1)由1+x≥0且1-x≥0,得-1≤x≤1,

所以函数的定义域为[-1,1],

又[f(x)]2=2+2

1-x2
∈[2,4],由f(x)≥0,得f(x)∈[
2
,2],

所以函数值域为[

2
,2];

(2)因为F(x)=

a
2
•[f2(x)-2]+f(x)=a
1-x2
+
1+x
+
1-x

令t=f(x)=

1+x
+
1-x
,则
1-x2
=
1
2
t2
-1,

∴F(x)=m(t)=a(

1
2
t2-1)+t=
1
2
at2+t-a
,t∈[
2
,2],

由题意知g(a)即为函数m(t)=

1
2
at2+t-a,t∈[
2
,2]的最大值.

注意到直线t=-

1
a
是抛物线m(t)=
1
2
at2+t-a
的对称轴.

因为a<0时,函数y=m(t),t∈[

2
,2]的图象是开口向下的抛物线的一段,

①若t=-

1
a
∈(0,
2
],即a≤-
2
2
,则g(a)=m(
2
)=
2

②若t=-

1
a
∈(
2
,2],即-
2
2
<a≤-
1
2
,则g(a)=m(-
1
a
)=-a-
1
2a

③若t=-

1
a
∈(2,+∞),即-
1
2
<a<0,则g(a)=m(2)=a+2,

综上有g(a)=

a+2,-
1
2
<a<0
-a-
1
2a
,-
2
2
<a≤-
1
2
2
,a≤-
2
2

(3)易得gmin(a)=

2

由-m2+2tm+

2
≤g(a)对a<0恒成立,即要使-m2+2tm+
2
≤gmin(a)=
2
恒成立,

⇒m2-2tm≥0,令h(t)=-2mt+m2,对所有的t∈[-1,1],h(t)≥0成立,

只需

h(-1)=2m+m2≥0
h(1)=-2m+m2≥0

解得m的取值范围是m≤-2或m=0,或m≥2.

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