问题 解答题
已知函数f(x)=a-
b
|x|
(x≠0)

(1)若函数f(x)是(0,+∞)上的增函数,求实数b的取值范围;
(2)当b=2时,若不等式f(x)<x在区间(1,+∞)上恒成立,求实数a的取值范围;
(3)对于函数g(x)若存在区间[m,n](m<n),使x∈[m,n]时,函数g(x)的值域也是[m,n],则称g(x)是[m,n]上的闭函数.若函数f(x)是某区间上的闭函数,试探求a,b应满足的条件.
答案

(1)当x∈(0,+∞)时,f(x)=a-

b
x

设x1,x2∈(0,+∞)且x1<x2,由f(x)是(0,+∞)上的增函数,则f(x1)<f(x2)(2分)f(x1)-f(x2)=

b(x1-x2)
x1x2
<0(3分)

由x1<x2,x1,x2∈(0,+∞)知x1-x2<0,x1x2>0,所以b>0,即b∈(0,+∞)(5分)

(2)当b=2时,f(x)=a-

2
|x|
<x在x∈(1,+∞)上恒成立,即a<x+
2
x
(6分)

因为x+

2
x
≥2
2
,当x=
2
x
x=
2
时取等号,(8分)

2
∈(1,+∞),所以x+
2
x
在x∈(1,+∞)上的最小值为2
2
.则a<2
2
(10分)

(3)因为f(x)=a-

b
|x|
的定义域是(-∞,0)∪(0,+∞),

设f(x)是区间[m,n]上的闭函数,则mn>0且b≠0(11分)

①若0<m<n

当b>0时,f(x)=a-

b
|x|
是(0,+∞)上的增函数,则
f(m)=m
f(n)=n

所以方程a-

b
x
=x在(0,+∞)上有两不等实根,

即x2-ax+b=0在(0,+∞)上有两不等实根,所以

a2-4b>0
x1+x2=a>0
x1x2=b>0
,即a>0,b>0且a2-4b>0(13分)

当b<0时,f(x)=a-

b
|x|
=a+
-b
x
在(0,+∞)上递减,则
f(m)=n
f(n)=m
,即
a-
b
m
=n
a-
b
n
=m
a=0
mn=-b

所以a=0,b<0(14分)

②若m<n<0

当b>0时,f(x)=a-

b
|x|
=a+
b
x
是(-∞,0)上的减函数,所以
f(m)=n
f(n)=m
,即
a+
b
m
=n
a+
b
n
=m
a=0
mn=b

所以a=0,b>0(15分)

当b<0f(x)=a-

b
|x|
=a+
b
x
是(-∞,0)上的增函数,所以
f(m)=m
f(n)=n
所以方程a+
b
x
=x
在(-∞,0)上有两不等实根,即x2+ax-b=0在(-∞,0)上有两不等实根,

所以

a2+4b>0
x1+x2=a<0
x1x2=-b>0
即a<0,b<0且a2+4b>0(17分)

综上知:a=0,b≠0或a<0,b<0且a2+4b>0或a>0,b>0且a2-4b>0.

即:a=0,b≠0或ab>0且a2-4|b|>0

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