问题 解答题
已知函数f(x)=
x2-ax+1
4x-4×2x-a
x≥a
x<a

(1)若x<a时,f(x)<1恒成立,求实数a的取值范围;
(2)若a≥-4时,函数f(x)在实数集R上有最小值,求实数a的取值范围.
答案

(1)因为x<a时,f(x)=4x-4×2x-a,所以令2x=t,则有0<t<2a

所以f(x)<1当x<a时恒成立,可转化为t2-4×

t
2a
<1,

4
2a
>t-
1
t
在t∈(0,2a)上恒成立,--------------------------------------(2分).

g(t)=t-

1
t
,t∈(0,2a),则g′(t)=1+
1
t2
>0
,------------------------------(3分).

所以g(t)=t-

1
t
在(0,2a)上单调递增,-------------(4分).

所以g(t)<g(2a)=2a-

1
2a
,所以有:
4
2a
2a-
1
2a

所以

5
2a
2a,所以(2a2≤5,所以2a
5
-----------------------------------------(5分).

所以a≤log2

5
.----------------------------(6分).

(2)当x≥a时,f(x)=x2-ax+1,即f(x)=(x-

a
2
)2+1-
a2
4
,----------(7分).

①当

a
2
≤a,∴a≥0时,此时对称轴在区间左侧,开口向上,所以f(x)在[a,+∞)单调递增,

所以f(x)min=f(a)=1;-------------------------------------------------(8分).

②当

a
2
>a,∴-4≤a<0时,此时对称轴在区间内,开口向上,所以f(x)在[a,
a
2
)
单调递减,在(
a
2
,+∞)
单调递增,所以f(x)min=f(
a
2
)=1-
a2
4

所以由①②可得:当x≥a时有:f(x)min=

1-
a2
4
,-4≤a<0
1,a≥0
.---------------------(9分).

当x<a时,f(x)=4x-4×2x-a,令2x=t,t∈(0,2a),则h(t)=t2-

4
2a
t=(t-
2
2a
)2-
4
4a

③当0<

2
2a
2a,∴22a>2,∴a>
1
2
时,h(t)在(0,
2
2a
)
单调递减,在(
2
2a
2a)
上单调递增h(t)min=h(
2
2a
)=-
4
4a
;---------------------------------------(10分).

④当

2
2a
2a,∴22a≤2,∴a≤
1
2
时,h(t)在(0,2a)单调递减,h(t)∈(h(2a),h(0))=(4a-4,0)

所以,此时,h(t)在(0,2a)上无最小值;---------------------------------------------(11分).

所以由③④可得当x<a时有:当a>

1
2
时,f(x)min=h(t)min=-
4
4a

a≤

1
2
时,无最小值.------------------------------(12分).

所以,由①②③④可得:

a>

1
2
时,因为-
4
4a
<1
,所以函数f(x)min=-
4
4a
;---------------------------(13分).

0≤a≤

1
2
时,因为4a-4<0<1,函数f(x)无最小值;--------------------------------(14分).

当-4≤a<0时,4a-4<-3≤1-

a2
4
,函数f(x)无最小值.-------------------------(15分).

综上所述,当a>

1
2
时,函数f(x)有最小值为-
4
4a
;当-4≤a≤
1
2
时,函数f(x)无最小值.

所以函数f(x)在实数集R上有最小值时,实数a的取值范围为(

1
2
,+∞).---------(16分).

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