问题 解答题
设函数f(x)=ax-
x2-1

(1)当a=2时,解不等式f(x)≤f(1);
(2)求a的取值范围,使得函数f(x)在[1,+∞)上为单调函数.
答案

(1)a=2时,f(x)≥f(1)可化为:2(x-1)≤

x2-1
,等价于:
x-1≥0
4(x-1)2x2-1
①或   
x-1<0
x2-1≥0

解①得 1≤x≤

5
3
,解②得 x≤-1.

所以,原不等式的解集为  {x|1≤x≤

5
3
或x≤-1}.

(2)任取x1,x2∈[1,+∞),且x1<x2,则

f(x1)-f(x2)=(ax1-
x12-1
)-(ax2-
x22-1
)
  =a(x1-x2)-(
x12-1
-
x22-1
)
  =a(x1-x2)-
x12-x22
x12-1
+
x22-1
  =(x1-x2)(a-
x1+x2
x12-1
+
x22-1
)

要使函数f(x)在[1,+∞)上为单调函数,需且只需:a>

x1+x2
x12-1
+
x22-1
恒成立,(或a<
x1+x2
x12-1
+
x22-1
恒成立).

因此,只要求出

x1+x2
x12-1
+
x22-1
在条件“x1,x2∈[1,+∞),且x1<x2”之下的最大、最小值即可.

为了探求这个代数式的最值,我们可以考虑极端情况,如:x1=1,x2→1,

容易知道,此时

x1+x2
x12-1
+
x22-1
→+∞;

若考虑x1<x2→+∞,则不难看出,此时

x1+x2
x12-1
+
x22-1
→1,至此我们可以看出:要使得函数f(x)为单调函数,只需a≤1.

事实上,当a≤1时,由于x1+x2

x12-1
+
x22-1
>0恒成立,

所以,

x1+x2
x12-1
+
x22-1
>1.所以,在条件“x1,x2∈[1,+∞),且x1<x2”之下,必有:f(x1)-f(x2)>0.

所以,f(x)在区间[1,+∞)上单调递减.

当a>1时,由(1)可以看出:特例a=2的情况下,存在f(1)=f(

5
3
).

由此可以猜想:函数f(x)在区间[1,+∞)上不是单调函数.

为了说明这一点,只需找到x1,x2∈[1,+∞),使得f(x1)=f(x2)即可.

简便起见,不妨取x1=1,此时,可求得x2=

a2+1
a2-1
>1,也即:f(1)=f(
a2+1
a2-1
)=a
,所以,f(x)在区间[1,+∞)上不是单调函数.

f′(x)=a-

x
x2-1
,对x∈[1,+∞),易知:

当x→1时,

x
x2-1
→+∞;当x→+∞时,
x
x2-1
→1

所以当x∈[1,+∞)时,

x
x2-1
>1,

从而只须a≤1,必有f'(x)<0,函数在x∈[1,+∞)上单调递减.

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