问题 解答题
(理)已知函数f(x)=2+
1
a
-
1
a2x
,实数a∈R且a≠0.
(1)设mn>0,判断函数f(x)在[m,n]上的单调性,并说明理由;
(2)设0<m<n且a>0时,f(x)的定义域和值域都是[m,n],求n-m的最大值;
(3)若不等式|a2f(x)|≤2x对x≥1恒成立,求a的范围.
答案

(1)设m≤x1<x2≤n,则f(x1)-f(x2)=-

1
a2x1
+
1
a2x2
=
x1-x2
a2x1x2

∵mn>0,m≤x1<x2≤n,∴x1x2>0,x1-x2<0,∴f(x1)-f(x2)<0,

即f(x1)<f(x2),因此函数f(x)在[m,n]上的单调递增.

(2)由(1)及f(x)的定义域和值域都是[m,n]得f(m)=m,f(n)=n,

因此m,n是方程2+

1
a
-
1
a2x
=x的两个不相等的正数根,

等价于方程a2x2-(2a2+a)x+1=0有两个不等的正数根,

△=(2a2+a)2-4a2>0且x1+x2=

2a2+a
a2
>0且x1x2=
1
a2
>0,

解得a>

1
2
,∴n-m=
1
a
4a2+4a-3
=
-3(
1
a
-
2
3
)
2
+
16
3

a∈(

1
2
,+∞),∴a=
3
2
时,n-m最大值为
4
3
3

(3)a2f(x)=2a2+a-

1
x
,则不等式|a2f(x)|≤2x对x≥1恒成立,

-2x≤2a2+a-

1
x
≤2x即不等式对x≥1恒成立,

令h(x)=2x+

1
x
,易证h(x)在[1,+∞)递增,同理g(x)=
1
x
-2x
[1,+∞)递减.

∴h(x)min=h(1)=3,g(x)max=g(1)=-1,

2a2+a≤3
2a2+a≥-1
-
3
2
≤a≤1
且a≠0

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