Question

已知定义在（-∞，-1）∪（1，+∞）上的奇函数满足：①f（3）=1；②对任意的x＞2均有f（x）＞0；③对任意的x＞0，y＞0，均有f（x+1）+f（y+1）=f（xy+1）．
（1）求f（2）的值．
（2）是否存在实数a，使得f（cos²θ+asinθ）＜3对任意的θ∈（0，π）恒成立？若存在，求出a的范围；若不存在，请说明理由．

Answer 1

（1）令x=y=1，得f（2）=0；
（2）先证明f（x）在（1，+∞）是增函数．
任取x₁＞1，x₂＞1，且x₂＞x₁
则有f(x1)+f(

x2-1

x1-1

+1)=f(x1-1+1)+f(

x2-1

x1-1

+1)=f((x1-1)

x2-1

x1-1

+1)=f（x₂）．
而

x2-1

x1-1

+1＞1+1=2
所以f（x₁）＜f（x₂），即f（x）在（1，+∞）是增函数．
又因为f（x）是奇函数，
∴f（x）在（-∞，-1）上是增函数．
令x=y=2  有f（5）=2；
令x=2，y=4  有f（9）=3．
又f(8+1)+f(

1

8

+1)=f(8

1

8

+1)=0，
∴f(-

9

8

)=3．
则f（x）＜3的解集为(-∞，-

9

8

)∪(1，9)，
于是问题等价于是否存在实数a，使cos2θ+asinθ＜-

9

8

或1＜cos²θ+asinθ＜9对任意的θ∈（0，π）恒成立，
令t=sinθ，则t∈（0，1]
对于cos2θ+asinθ＜-

9

8

恒成立化为t2-at-

17

8

＞0，在t∈（0，1]上恒成立．
即a＜t-

17

8t

在t∈（0，1]上恒成立．
而t→0时，t-

17

8t

→-∞，故不存在存在实数a，使cos2θ+asinθ＜-

9

8

恒成立．
1＜cos²θ+asinθ＜9对任意的θ∈（0，π）恒成立等价于

t2-at+8＞0 t2-at＜0

在t∈（0，1]上恒成立．
t²-at+8＞0，t∈（0，1]?a＜t+

8

t

，
易得a＜9．而t²-at＜0知a＞t所以a＞1．
综合以上有当1＜a＜9使得f（cos²θ+asinθ）＜3对任意的θ∈（0，π）恒成立