问题 解答题
已知奇函数f(x)的定义域为实数集,且f(x)在[0,+∞)上是增函数,当0≤θ≤
π
2
时,是否存在这样的实数m,使f(4m-2mcosθ)-f(2sin2θ+2)>f(0)对所有的θ∈[0,
π
2
]
均成立?若存在,求出所有适合条件的实数m;若不存在,说明理由.
答案

由题意,函数f(x)的定义域为实数集

∴f(x)在(-∞,+∞)上连续

∵函数f(x)为奇函数,在[0,+∞)上是增函数,

故f(x)在(-∞,+∞)上为增函数

由f(0)=-f(-0),得f(0)=0

f(4m-2mcosθ)-f(2sin2θ+2)>f(0)=0

移向变形得f(4m-2mcosθ)>f(2sin2θ+2)

∴由f(x)(-∞,+∞)上连续且为增函数,得

4m-2mcosθ>2sin2θ+2

∴2cos2θ-4-2mcosθ+4m>0

cos2θ-mcosθ+(2m-2)>0

根据题意,0≤θ≤

π
2
时,0≤cosθ≤1

方法(1)

令t=cosθ∈[0,1]

则问题等价于t∈[0,1]时,t2-mt+(2m-2)>0恒成立,求m的取值范围

令f(t)=t2-mt+(2m-2),此函数对应的抛物线开口向上,对称轴t=

m
2

分类讨论:

①当此抛物线对称轴t=

m
2
在区间[0,1]内时,m∈[0,2],

函数最小值(2m-2)-

m2
4
>0即可,此时m2-8m+8<0,

∴4-2

2
<m≤2

②当对称轴在(-∞,0)时,m<0,

只要f(0)>0即可,此时2m-2>0,推出m>1,与m<0矛盾,此情况不成立,舍去

③当对称轴在(1,+∞)时,m>2,

只要f(1)>0即可,此时1-m+2m-2=m-1>0,推出m>1,

∴m>2

综上所述,m的取值范围是(4-2

2
,+∞)

方法(2):参数分离法

由cos2θ-mcosθ+(2m-2)>0,得cos2θ-2+m(2-cosθ)>0,即m(2-cosθ)>2-cos2θ

因为0≤cosθ≤1,所以m>

2-cos2θ
2-cosθ
=
cos2θ-2
cosθ-2

因为

cos2θ-2
cosθ-2
=
(cosθ-2)2+4cosθ-6
cosθ-2
=
(cosθ-2)2+4(cosθ-2)+2
cosθ-2
=cosθ-2+
2
cosθ-2
+4

因为0≤cosθ≤1,所以cosθ-2<0,

所以原式=-[(2-cosθ)+

2
2-cosθ
]+4≤-2
(2-cosθ)⋅
2
2-cosθ
+4=4-2
2

当且仅当2-cosθ=

2
2-cosθ
,即(2-cosθ)2=2,2-cosθ=
2
,cosθ=2-
2
时取等号.

所以

cos2θ-2
cosθ-2
的最大值为4-2
2
,所以m>4-2
2

所以m的取值范围是(4-2

2
,+∞).

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