问题 解答题
已知实数a>0,函数f(x)=
1-x2
1+x2
+a
1+x2
1-x2

(1)当a=1时,求f(x)的最小值;
(2)当a=1时,判断f(x)的单调性,并说明理由;
(3)求实数a的范围,使得对于区间[-
2
5
5
2
5
5
]
上的任意三个实数r、s、t,都存在以f(r)、f(s)、f(t)为边长的三角形.
答案

由题意,f(x)的定义域为(-1,1),且f(x)为偶函数.

(1)a=1时,f(x)=

1-x2
1+x2
+
1+x2
1-x2
=
2
1-x4
…(2分)

∴x=0时,f(x)=

1-x2
1+x2
+
1+x2
1-x2
最小值为2.…(4分)

(2)a=1时,f(x)=

1-x2
1+x2
+
1+x2
1-x2
=
2
1-x4

∴x∈[0,1)时,f(x)递增;x∈(-1,0]时,f(x)递减;…(6分)

由于f(x)为偶函数,

∴只对x∈[0,1)时,说明f(x)递增.

设0≤x1<x2<1,

1-
x41
1-
x42
>0,得
1
1-
x41
1
1-
x42
f(x1)-f(x2)=
1
1-
x41
-
1
1-
x42
<0

∴x∈[0,1)时,f(x)递增;…(10分)

(3)设t=

1-x2
1+x2
,则

x∈[-

2
5
5
2
5
5
],

t∈[

1
3
,1],∴y=t+
a
t
(
1
3
≤t≤1)

从而原问题等价于求实数a的范围,使得在区间[

1
3
,1]上,恒有2ymin>ymax.…(11分)

①当0<a≤

1
9
时,y=t+
a
t
[
1
3
,1]
上单调递增,∴ymin=3a+
1
3
ymax=a+1
,由2ymin>ymaxa>
1
15

从而

1
15
<a≤
1
9
;…(12分)

②当

1
9
<a≤
1
3
时,y=t+
a
t
[
1
3
a
]
上单调递减,在[
a
,1]
上单调递增,∴ymin=2
a
ymax=max{3a+
1
3
,a+1}=a+1

由2ymin>ymax7-4

3
<a<7+4
3
,从而
1
9
<a≤
1
3
;…(13分)

③当

1
3
<a<1时,y=t+
a
t
[
1
3
a
]
上单调递减,在[
a
,1]
上单调递增,∴ymin=2
a
ymax=max{3a+
1
3
,a+1}=3a+
1
3

由2ymin>ymax

7-4
3
9
<a<
7+4
3
9
,从而
1
3
<a<1
;…(14分)

④当a≥1时,y=t+

a
t
[
1
3
,1]
上单调递减,∴ymin=a+1,ymax=3a+
1
3

由2ymin>ymaxa<

5
3
,从而1≤a<
5
3
;…(15分)

综上,

1
15
<a<
5
3
.…(16分)

单项选择题
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