问题 解答题
已知函数f1(x)=
mx
4x2+16
f2(x)=(
1
2
)|x-m|
,其中m∈R.
(1)若0<m≤2,试判断函数f (x)=f1(x)+f2(x)(x∈[2,+∞))的单调性,并证明你的结论;
(2)设函数g(x)=
f1(x) x≥2 
f2(x) x<2.
若对任意大于等于2的实数x1,总存在唯一的小于2的实数x2,使得g(x1)=g(x2)成立,试确定实数m的取值范围.
答案

(1)f(x)为单调减函数.(1分)

证明:由0<m≤2,x≥2,可得f(x)=f1(x)+f2(x)=

mx
4x2+16
+(
1
2
)x-m=
mx
4x2+16
+2m•(
1
2
)x

f′(x)=

4m(4-x2)
(4x2+16)2
+2m•(
1
2
)xln
1
2
=
m(4-x2)
(2x2+8)2
-2m•(
1
2
)xln2
,(4分)

且0<m≤2,x≥2,所以f'(x)<0.从而函数f(x)为单调减函数.(5分)

(亦可先分别用定义法或导数法论证函数f1(x)和f2(x)在[2,+∞)上单调递减,再得函数f(x)为单调减函数.)

(2)①若m≤0,由x1≥2,g(x1)=f1(x1)=

mx1
4
x21
+16
≤0,

x2<2,g(x2)=f2(x2)=(

1
2
)|x2-m|>0,

所以g(x1)=g(x2)不成立.(7分)

②若m>0,由x>2时,g′(x)=f1(x)=

m(4-x2)
(2x2+8)2
<0,

所以g(x)在[2,+∞)单调递减.从而g(x1)∈(0,f1(2)],即g(x1)∈(0,

m
16
].(9分)

(a)若m≥2,由于x<2时,g(x)=f2(x)=(

1
2
)|x-m|=(
1
2
)m-x=(
1
2
)m2x

所以g(x)在(-∞,2)上单调递增,从而g(x2)∈(0,f2(2)),即g(x2)∈(0,(

1
2
)m-2).

要使g(x1)=g(x2)成立,只需

m
16
<(
1
2
)m-2,即
m
16
-(
1
2
)m-2<0
成立即可.

由于函数h(m)=

m
16
-(
1
2
)m-2在[2,+∞)的单调递增,且h(4)=0,

所以2≤m<4.(12分)

(b)若0<m<2,由于x<2时,g(x)=f2(x)=(

1
2
)|x-m|=
(
1
2
)m-x x<m
(
1
2
)x-m m≤x<2.

所以g(x)在(-∞,m]上单调递增,在[m,2)上单调递减.

从而g(x2)∈(0,f2(m)],即g(x2)∈(0,1].

要使g(x1)=g(x2)成立,只需

m
16
<1
m
16
≤(
1
2
)2-m
成立,即
m
16
≤(
1
2
)2-m
成立即可.

由0<m<2,得

m
16
1
8
,  (
1
2
)2-m
1
4

故当0<m<2时,

m
16
≤(
1
2
)2-m恒成立.(15分)

综上所述,m为区间(0,4)上任意实数.(16分)

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