问题 解答题
对于函数y=f(x),x∈D,若同时满足以下条件:
①函数f(x)是D上的单调函数;
②存在区间[a,b]⊆D,使f(x)在[a,b]上的值域也是[a,b],
则称函数f(x)是闭函数.
(1)判断函数f(x)=2x+
4
x
,x∈[1,10];g(x)=-x3,x∈R是不是闭函数,并说明理由;
(2)若函数f(x)=
x+2
+k
,x∈[-2,+∞)是闭函数,求实数k的取值范围.
答案

(1)f′(x)=2-

4
x2
=
2(x2-2)
x2

令f'(x)=0

解得x=

2
(x=-
2
舍)

x∈[1,

2
)时f'(x)<0;

x∈(

2
,10]时f'(x)>0

∴f(x)在[1,

2
)上是减函数,在(
2
,10]
上是增函数

∴函数f(x)不是[1,10]上的单调函数

f(x)=2x+

4
x
不是闭函数.

②∵g'(x)=-x2≤0∴g(x)=-x3在R上是减函数,

设g(x)在[a,b]上的值域也是[a,b],

b=-a3
a=-b3
a<b
,解得
a=-1
b=1

∴存在区间[-1,1]⊆R,

使f(x)在[-1,1]上的值域也是[-1,1]

∴函数g(x)=-x3是闭函数

(2)函数f(x)=

x+2
+k在定义域上是增函数

设函数f(x)在[a,b]上的值域也是[a,b],

a=k+
a+2
b=k+
b+2

故a,b是方程x=k+

x+2
的两个不相等的实根,

命题等价于

x2-(2k+1)x+k2-2=0
x≥-2
x≥k
有两个不相等的实根,

当k≤-2时,

2k+1
2
>-2
(2k+1)2-4(k2-2)>0
22-(2k+1)k+k2-2≥0

解得k>-

9
4
,∴k∈(-
9
4
,-2]

当k>-2时,

2k+1
2
>k
(2k+1)2-4(k2-2)>0
k2-(2k+1)k+k2-2≥0
,无解.

∴k的取值范围是(-

9
4
,-2]

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