问题 解答题

已知函数f(x)=2x+1定义在R上.

(1)若f(x)可以表示为一个偶函数g(x)与一个奇函数h(x)之和,设h(x)=t,p(t)=g(2x)+2mh(x)+m2-m-1(m∈R),求出p(t)的解析式;

(2)若p(t)≥m2-m-1对于x∈[1,2]恒成立,求m的取值范围;

(3)若方程p(p(t))=0无实根,求m的取值范围.

答案

(1)假设f(x)=g(x)+h(x)①,其中g(x)偶函数,h(x)为奇函数,

则有f(-x)=g(-x)+h(-x),即f(-x)=g(x)-h(x)②,

由①②解得g(x)=

f(x)+f(-x)
2
h(x)=
f(x)-f(-x)
2

∵f(x)定义在R上,∴g(x),h(x)都定义在R上.

g(-x)=

f(-x)+f(x)
2
=g(x),h(-x)=
f(-x)-f(x)
2
=-h(x)

∴g(x)是偶函数,h(x)是奇函数,∵f(x)=2x+1

g(x)=

f(x)+f(-x)
2
=
2x+1+2-x+1
2
=2x+
1
2x
h(x)=
f(x)-f(-x)
2
=
2x+1-2-x+1
2
=2x-
1
2x

2x-

1
2x
=t,则t∈R,

平方得t2=(2x-

1
2x
)2=22x+
1
22x
-2,∴g(2x)=22x+
1
22x
=t2+2

∴p(t)=t2+2mt+m2-m+1.

(2)∵t=h(x)关于x∈[1,2]单调递增,∴

3
2
≤t≤
15
4

∴p(t)=t2+2mt+m2-m+1≥m2-m-1对于t∈[

3
2
15
4
]恒成立,

m≥-

t2+2
2t
对于t∈[
3
2
15
4
]
恒成立,

φ(t)=-

t2+2
2t
,则φ′(t)=
1
2
(
2
t2
-1)

t∈[

3
2
15
4
],∴φ′(t)=
1
2
(
2
t2
-1)<0
,故φ(t)=-
t2+2
2t
t∈[
3
2
15
4
]
上单调递减,

φ(t)max=φ(

3
2
)=-
17
12
,∴m≥-
17
12
为m的取值范围.

(3)由(1)得p(p(t))=[p(t)]2+2mp(t)+m2-m+1,

若p(p(t))=0无实根,即[p(t)]2+2mp(t)+m2-m+1①无实根,

方程①的判别式△=4m2-4(m2-m+1)=4(m-1).

1°当方程①的判别式△<0,即m<1时,方程①无实根.

2°当方程①的判别式△≥0,即m≥1时,

方程①有两个实根p(t)=t2+2mt+m2-m+1=-m±

m-1

t2+2mt+m2+1±

m-1
=0②,

只要方程②无实根,故其判别式2=4m2-4(m2+1±

m-1
)<0,

即得-1-

m-1
<0③,且-1+
m-1
<0
④,

∵m≥1,③恒成立,由④解得m<2,∴③④同时成立得1≤m<2.

综上,m的取值范围为m<2.

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