题目内容

2.已知函数f(x)=$\frac{ax+b}{{{x^2}+c}}$(a{N*,b∈R,0<c≤1)定义在[-1,1]上的奇函数,f(x)的最大值为$\frac{1}{2}$,且f(1)>$\frac{2}{5}$.
( I)求函数f(x)的解析式;
( II)判断函数f(x)的单调性;并证明你的结论;
( III)当存在x∈[$\frac{1}{2}$,1]使得不等式f(mx-x)+f(x2-1)>0成立时,请同学们探究实数m的所有可能取值.

分析 (Ⅰ)根据条件建立方程关系即可确定f(x)的解析式;
(Ⅱ)根据函数单调性的定义即可判断f(x)的单调性并用定义证明;
(Ⅲ)利用函数奇偶性和单调性之间的关系即mx-x>1-x2,即存在$x∈[\frac{1}{2},1]$使mx-x>1-x2成立即-1≤mx-x≤1成立.

解答 解:( I)因为$f(x)=\frac{ax+b}{{{x^2}+c}}(a∈{N^*},b∈R,0<c≤1)$定义在[-1,1]上的奇函数
所以f(0)=0即b=0…(1分)
$f(x)=\frac{ax}{{{x^2}+c}}=\frac{a}{{x+\frac{c}{x}}}$;令$μ=x+\frac{c}{x}$,(0<c≤1)在x∈(0,1]上最小值为${μ_{min}}=μ(\sqrt{c})=2\sqrt{c}$,所以$f{(x)_{max}}=\frac{a}{{2\sqrt{c}}}=\frac{1}{2}$,即$a=\sqrt{c}$…①…(3分)
又$f(1)=\frac{a}{1+c}>\frac{2}{5}$,…②
由①②可得$\frac{1}{2}<a<2$,又因为a∈N*,所以c=a=1
故$f(x)=\frac{x}{{{x^2}+1}}$…(5分)
( II)函数$f(x)=\frac{x}{{{x^2}+1}}$在[-1,1]上为增函数;
下证明:设任意x1,x2∈[-1,1]且x1<x2
则$f({x_1})-f({x_2})=\frac{x_1}{{{x_1}^2+1}}-\frac{x_2}{{{x_2}^2+1}}=\frac{{({x_1}-{x_2})(1-{x_1}{x_2})}}{{({x_1}^2+1)({x_2}^2+1)}}$
因为x1<x2,所以x1-x2<0,又因为x1,x2∈[-1,1],所以1-x1x2>0
即$\frac{{({x_1}-{x_2})(1-{x_1}{x_2})}}{{({x_1}^2+1)({x_2}^2+1)}}<0$,即f(x1)<f(x2)
故函数$f(x)=\frac{x}{{{x^2}+1}}$在[-1,1]上为增函数 …(9分)
( III)因为f(mx-x)+f(x2-1)>0,所以f(mx-x)>-f(x2-1)即f(mx-x)>f(1-x2)
又由( II)函数y=f(x)在[-1,1]上为增函数
所以mx-x>1-x2,即存在$x∈[\frac{1}{2},1]$使mx-x>1-x2成立即-1≤mx-x≤1成立
即存在$x∈[\frac{1}{2},1]$使$m>-x+\frac{1}{x}+1$成立且$1-\frac{1}{x}≤m≤1+\frac{1}{x}$成立
得:m>1且-1≤m≤2
故实数m的所有可能取值{m|1<m≤2}…(12分)

点评 本题主要考查函数奇偶性和单调性的应用,以及函数单调性的证明,综合考查函数的性质,属于难题.

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