问题 解答题
已知函数f(x)=(
x
a
-1)2+(
b
x
-1)2,x∈D
,其中0<a<b.
(1)当D=(0,+∞)时,设t=
x
a
+
b
x
,f(x)=g(t),求y=g(t)的解析式及定义域;
(2)当D=(0,+∞),a=1,b=2时,求f(x)的最小值;
(3)设k>0,当a=k2,b=(k+1)2时,1≤f(x)≤9对任意x∈[a,b]恒成立,求k的取值范围.
答案

(1)∵t=

x
a
+
b
x
,0<a<b,x>0,

∴t≥2

b
a
=
2
ab
a

又f(x)=(

x
a
-1)2+(
b
x
-1)
2
=(
x
a
+
b
x
-1)
2
+1-
2b
a
,f(x)=g(t),

∴g(t)=(t-1)2+1-

2b
a
,t∈[
2
ab
a
,+∞);

(2)∵x>0,a=1,b=2,

∴f(x)=(x+

2
x
-1)2-3,又x+
2
x
-1≥2
2
-1(当且仅当x=
2
时取“=”)

∴f(x)≥(2

2
-1)2-3=6-4
2

∴f(x)min=6-4

2

(3)由题意可得,x∈[a,b]=[k2,(k+1)2],1≤f(x)≤9恒成立,

∴只需求得x∈[k2,(k+1)2]时f(x)的最小值即可.

∵此时,f(x)=[

x
k2
+
(k+1)
x
2
-1]2+1-
2(k+1)2
k2

∵k>0,x>0,令g(x)=

x
k2
+
(k+1)2
x
=
1
k2
(x+
k2(k+1)2
x

由双钩函数y=h(x)=x+

a
x
(a>0)的性质h(x)在(0,
a
]单调递减,在[
a
,+∞)单调递增得:

g(x)在[k2,k(k+1)]上单调递减,在[k(k+1),(k+1)2]单调递增

∴当x=k(k+1)时g(x)取到最小值;

当x=k2时,g(k2)=2+

2
k
+
1
k2

当x=(k+1)2时,g((k+1)2)=2+

2
k
+
1
k2
=g(k2),即当x=k2或(k+1)2时g(x)取到最大值;

∴g(x)min=

2(k+1)
k
,g(x)max=2+
2
k
+
1
k2

由题意可知,当g(x)取到最小值时,f(x)取到最小值,g(x)取到最大值时,f(x)亦取到最大值.

∴f(x)min=[

2(k+1)
k
-1]2+1-
2(k+1)2
k2
=
2
k2

同理可求,f(x)max=[

(k+1)2
k2
-1]2=(
2
k
+
1
k2
)
2

∵1≤f(x)≤9对任意x∈[k2,(k+1)2]恒成立,

2
k2
≥1
(
2
k
+
1
k2
)
2
≤9
,而k>0,

∴0<k≤

2

选择题
单项选择题 A1/A2型题