问题 解答题
已知函数f(x)=log2
x+1
x-1
,g(x)=log2(x-1)
(1)判断f(x)在区间(1,+∞)上的单调性,并用定义证明你的结论;
(2)记函数h(x)=g(2x+2)+kx,问:是否存在实数k使得函数h(x)为偶函数?若存在,请求出k的值;若不存在,请说明理由;
(3)记函数F(x)=f(x)+g(x)+log2(p-x),其中p>1试求F(x)的值域.
答案

(1)f(x)在区间(1,+∞)上的单调递减.证明如下:

任取1<x1<x2,则f(x1)-f(x2)=log2

(x1+1)(x2-1)
(x1-1)(x2+1)

(x1+1)(x2-1)
(x1-1)(x2+1)
-1=
2(x2-x1)
(x1-1)(x2+1)

∵1<x1<x2,∴

2(x2-x1)
(x1-1)(x2+1)
>0

(x1+1)(x2-1)
(x1-1)(x2+1)
>1

∴f(x1)-f(x2)>0

∴f(x)在区间(1,+∞)上的单调递减;

(2)h(x)=g(2x+2)+kx=log2(2x+1)+kx,定义域为R

假设存在这样的k使得函数h(x)为偶函数,则h(x)-h(-x)=0恒成立

即log2(2x+1)+kx-log2(2-x+1)+kx=0,化简得(1+2k)x=0

∴k=-

1
2
使得函数h(x)为偶函数.

(3)首先函数F(x)的定义域是(1,p)

F(x)=log2(x+1)(p-x)=log2[-x2+(p-1)x+p]=log2[-(x-

p-1
2
)2+
(p+1)2
4
],显然
p-1
2
p
2

①当

p-1
2
≤1,即1<p≤3时,t=-(x-
p-1
2
)2+
(p+1)2
4
在(1,p)上单调减,g(p)<t<g(1),即0<t<2p-2,

∴f(x)<1+log2(p-1),函数f(x)的值域为(-∞,log2(p-1));

②当1<

p-1
2
p
2
,即p>3时,t=-(x-
p-1
2
)2+
(p+1)2
4
在(1,
p-1
2
)上单调递增,在(
p-1
2
,p)上单调递减,即0<t≤
(p+1)2
4

∴f(x)≤2log2(p+1)-2,函数f(x)的值域为(-∞,2log2(p+1)-2).

综上:当1<p≤3时,函数f(x)的值域为(-∞,log2(p-1));当p>3时,函数f(x)的值域为(-∞,2log2(p+1)-2).

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