问题 解答题
已知f(x)=
2x-a
x2+2
(x∈R)在区间[-1,1]上是增函数.
(Ⅰ)求实数a的值组成的集合A;
(Ⅱ)设关于x的方程f(x)=
1
x
的两个非零实根为x1、x2.试问:是否存在实数m,使得不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立?若存在,求m的取值范围;若不存在,请说明理由.
答案

(Ⅰ)f'(x)=

4+2ax-2x2
(x2+2)2
=
-2(x2-ax-2)
(x2+2)2

∵f(x)在[-1,1]上是增函数,

∴f'(x)≥0对x∈[-1,1]恒成立,

即x2-ax-2≤0对x∈[-1,1]恒成立.①

设φ(x)=x2-ax-2,

方法一:φ

①⇔

φ(1)=1-a-2≤0
φ(-1)=1+a-2≤0
⇔-1≤a≤1,

∵对x∈[-1,1],f(x)是连续函数,且只有当a=1时,f'(-1)=0以及当a=-1时,f'(1)=0

∴A={a|-1≤a≤1}.方法二:

①⇔

a
2
≥0
φ(-1)=1+a-2≤0
a
2
<0
φ(1)=1-a-2≤0

⇔0≤a≤1或-1≤a≤0

⇔-1≤a≤1.

∵对x∈[-1,1],f(x)是连续函数,且只有当a=1时,f'(-1)=0以及当a=-1时,f'(1)=0

∴A={a|-1≤a≤1}.

(Ⅱ)由

2x-a
x2+2
=
1
x
,得x2-ax-2=0,∵△=a2+8>0

∴x1,x2是方程x2-ax-2=0的两非零实根,x1+x2=a,x1x2=-2,

从而|x1-x2|=

(  x1+x2)2- 4x1x2
=
a2+8

∵-1≤a≤1,∴|x1-x2|=

a2+8
≤3.

要使不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立,

当且仅当m2+tm+1≥3对任意t∈[-1,1]恒成立,

即m2+tm-2≥0对任意t∈[-1,1]恒成立.②

设g(t)=m2+tm-2=mt+(m2-2),

方法一:

②⇔g(-1)=m2-m-2≥0,g(1)=m2+m-2≥0,

⇔m≥2或m≤-2.

所以,存在实数m,使不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立,其取值范围是{m|m≥2,或m≤-2}.

方法二:

当m=0时,②显然不成立;

当m≠0时,

②⇔m>0,g(-1)=m2-m-2≥0或m<0,g(1)=m2+m-2≥0

⇔m≥2或m≤-2.

所以,存在实数m,使不等式m2+tm+1≥|x1-x2|对任意a∈A及t∈[-1,1]恒成立,其取值范围是{m|m≥2,或m≤-2}.

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