问题 解答题
对于定义在区间D上的函数f(x),若任给x0∈D,均有f(x0)∈D,则称函数f(x)在区间D上封闭.
(1)试判断f(x)=x-1在区间[-2.1]上是否封闭,并说明理由;
(1)若函数g(x)=
3x+a
x+1
在区间[3,10]上封闭,求实数a的取值范围;
(1)若函数h(x)=x3-3x在区间[a,b[(a,b∈Z)上封闭,求a,b的值.
答案

(1)f(x)=x-1在区间[-2,1]上单调递增,所以f(x)的值域为[-3,0]

而[-3,0]⊈[-2,1],所以f(x)在区间[-2,1]上不是封闭的;

(2)因为g(x)=

3x+a
x+1
=3+
a-3
x+1

①当a=3时,函数g(x)的值域为{3}⊆[3,10],适合题意.

②当a>3时,函数g(x)=3+

a-3
x+1
在区间[3,10]上单调递减,故它的值域为[
30+a
11
9+a
4
]

[

30+a
11
9+a
4
]⊆[3,10],得
30+a
11
≥3
9+a
4
≤10
,解得3≤a≤31,故3<a≤31.

③当a<3时,在区间[3,10]上有g(x)=

3x+a
x+1
=3+
a-3
x+1
<3,显然不合题意.

综上所述,实数a的取值范围是3≤a≤31;

(3)因为h(x)=x3-3x,所以h(x)=3x2-3=3(x+1)(x-1),

当x∈(-∞,-1)时,h(x)>0,当x∈(-1,1)时,h(x)0.

所以h(x)在(-∞,-1)上单调递增,在(-1,1)上递减,在(1,+∞)上递增.

①当a<b≤-1时,h(x)在区间[a,b]上递增,所以

h(a)≥a
h(b)≤b

a3-3a≥a
b3-3b≤b
,解得-2≤a≤0或a≥2,b≤-2或0≤b≤2,又a<b≤-1,此时无解.

②当a≤-1且-1<b≤1时,因h(x)max=h(-1)=2>b,矛盾,不合题意

③当a≤-1且b>1时,因为h(-1)=2,h(1)=-2都在函数的值域内,故a≤-2,b≥2,

a≤h(a)
b≥h(b)
,得
a≤a3-3a
b≥b3-3b
,解得-2≤a≤0或a≥2,b≤-2或0≤b≤2,从而a=-2,b=2.

④当-1≤a<b≤1时,h(x)在区间[a,b]上递减,

h(b)≥a
h(a)≤b
,即
b3-3b≥a
a3-3a≤b
(*)

而a,b∈Z,经检验,满足-1≤a<b≤1的整数组a,b均不合(*)式.

⑤当-1<a<1且b≥1时,因h(x)min=h(1)=-2<a,矛盾,不合题意.

⑥当b>a≥1时,h(x)在区间[a,b]上递增,所以

h(a)≥a
h(b)≤b

a3-3a≥a
b3-3b≤b
,解得-2≤a≤0或a≥2,b≤-2或0≤b≤2,又b>a≥1,此时无解.

综上所述,所求整数a,b的值为a=-2,b=2.

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