问题 解答题
设函数f(x)=loga
x-2
x+2
,x∈[m,n]
是单调减函数,值域为[1+loga(n-1),1+loga(m-1)].
(1)求实数a的取值范围;
(2)求证:2<m<4<n;
(3)若函数g(x)=1+loga(x-1)-loga
x-2
x+2
,x∈[m,n]
的最大值为A,求证:0<A<1.
答案

(1)由题意,得loga

m-2
m+2
=1+loga(m-1),所以
m-2
m+2
>0
m-1>0
解得m>2.又loga
n-2
n+2
=1+loga(n-1),所以

m,n是关于x的方程loga

x-2
x+2
=1+loga(x-1)在区间(2,+∞)内的两个

不相等的实根,

即m,n是关于x的方程ax2+(a-1)x+2(1-a)=0在区间(2,+∞)内的两个

不相等的实根,

a>0且a≠1
△=(a-1)2+8a(a-1)>0
-
a-1
2a
>2
4a+2(a-1)+2(1-a)>0
解得0<a<
1
9
.(6分)

此时,由于函数y=

x-2
x+2
=1-
4
x+2
在区间[m,n](m>2)上是单调增函数,

且y>0,结合函数y=logax在区间(0,+∞)内是单调减函数,

知函数f(x)=loga

x-2
x+2
,x∈[m,n]是单调减函数,

值域为[1+loga(n-1),1+loga(m-1)].

故实数a的取值范围是区间(0,

1
9
).(8分)

(2)令h(x)=ax2+(a-1)x+2(1-a)

.由于h(2)=4a+2(a-1)+2(1-a)=4a>0,

h(4)=16a+4(a-1)+2(1-a)=18a-2<0,

所以2<m<4<n.(12分)

(3)因为函数g(x)=1+loga(x-1)-loga

x-2
x+2
=1+loga
(x-1)(x+2)
x-2
,所以,当x>2时,

g′(x)=

1
lna
x-2
(x+2)(x-1)
(2x+1)(x-2)-(x2+x-2)
(x-2)2
=
1
lna
x(x-4)
(x+2)(x-1)(x-2)

因为lna<0,所以当x∈[m,4)时,g'(x)>0,即g(x)在区间[m,4]上是单调增函数;

当x∈(4,+∞)时,g'(x)<0,即g(x)在区间[4,n]上是单调减函数;

故A=g(4)=1+loga

(4-1)(4+2)
4-2
=1+loga9.

由0<a<

1
9
,得-1<loga9<0,

所以0<A<1.(16分)

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