问题 解答题

已知函数f(x)=x|x-a|+2x.

(1)若a=4时,求函数f(x)的单调减区间;

(2)求所有的实数a,使得对任意x∈[1,2]时,函数f(x)的图象恒在函数g(x)=2x+1图象的下方;

(3)若存在a∈[-4,4],使得关于x的方程f(x)=tf(a)有三个不相等的实数根,求实数t的取值范围.

答案

(1)a=4时,f(x)=x|x-4|+2x=

x2-2x,x≥4
6x-x2,x<4

当x≥4时,f(x)=x2-2x的增区间是[4,+∞),无减区间.

当x<4时,f(x)=6x-x2增区间是(-∞,3],减区间是[3,4],

综上所述,f(x)的单调减区间为[3,4].…(4分)

(2)由题意得对任意的实数x∈[1,2],f(x)<g(x)恒成立,

即x|x-a|<1,当x∈[1,2]恒成立,即|x-a|<

1
x
,-
1
x
<x-a<
1
x

x-

1
x
<a<x+
1
x
,故只要x-
1
x
<a,且a<x+
1
x
在x∈[1,2]上恒成立即可,

在x∈[1,2]时,只要x-

1
x
的最大值小于a,

且x+

1
x
的最小值大于a即可,…(6分)

而当x∈[1,2]时,(x-

1
x
)′=1+
1
x2
>0,x-
1
x
为增函数,(x-
1
x
)max=
3
2

当x∈[1,2]时,(x+

1
x
)′=1-
1
x2
>0,x+
1
x
为增函数,(x+
1
x
min=2,

所以

3
2
<a<2.…(10分)

(3)当-2≤a≤2时,f(x)在R上是增函数,

则关于x的方程f(x)=tf(a)不可能有三个不等的实数根,…(11分)

则当a∈(2,4]时,由f(x)=

x2+(2-a)x,x≥a
-x2+(2+a)x,x<a

得x≥a时,f(x)=x2+(2-a)x,对称轴x=

a-2
2
<a,

则f(x)在x∈[a,+∞)为增函数,此时f(x)的值域为[f(a),+∞)=[2a,+∞),

x<a时,f(x)=-x2+(2+a)x,对称轴x=

a+2
2
<a,

则f(x)在x∈(-∞,

a+2
2
]为增函数,此时f(x)的值域为(-∞,
(a+2)2
4
],

f(x)在x∈[

a+2
2
,a)为减函数,此时f(x)的值域为(2a,
(a+2)2
4
];

由存在a∈(2,4],方程f(x)=tf(a)=2ta有三个不相等的实根,

则2ta∈(2a,

(a+2)2
4
),

即存在a∈(2,4],使得t∈(1,

(a+2)2
8a
)即可,

令g(a)=

(a+2)2
8a
=
1
8
(a+
4
a
+4)

只要使t<(g(a))max即可,而g(a)在a∈(2,4]上是增函数,

(g(a))max=g(4)=

9
8

故实数t的取值范围为(1,

9
8
);…(15分)

同理可求当a∈[-4,-2)时,t的取值范围为(1,

9
8
);

综上所述,实数t的取值范围为(1,

9
8
).…(17分)

解答题
单项选择题