Question

3．已知函數(shù)f（x）=$\frac{{e}^{x}-1}{{e}^{x}+1}$（e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，e=2.71828…）．
（1）證明：函數(shù)f（x）為奇函數(shù)；
（2）判斷并證明函數(shù)f（x）的單調(diào)性，再根據(jù)結(jié)論確定f（m²-m+1）+f（-$\frac{3}{4}$）與0的大小關(guān)系；
（3）是否存在實(shí)數(shù)k，使得函數(shù)f（x）在定義域[a，b]上的值域?yàn)閇ke^a，ke^b]．若存在，求出實(shí)數(shù)k的取值范圍；若不存在，請(qǐng)說(shuō)明理由．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)奇函數(shù)的定義，可判斷函數(shù)f（x）為奇函數(shù)；
（2）f（x）=$\frac{{e}^{x}-1}{{e}^{x}+1}$在R上為增函數(shù)，利用導(dǎo)數(shù)法可證明結(jié)論，進(jìn)而判斷出f（m²-m+1）+f（-$\frac{3}{4}$）≥0；
（3）若函數(shù)f（x）在定義域[a，b]上的值域?yàn)閇ke^a，ke^b]．則$\frac{{e}^{x}-1}{{e}^{x}+1}$=ke^x在R上有兩個(gè)不等實(shí)根，進(jìn)而得到實(shí)數(shù)k的取值范圍．

解答 解：（1）證明：函數(shù)f（x）定義域?yàn)镽，…（1分）
對(duì)于任意的x∈R，都有f（-x）=$\frac{{e}^{-x}-1}{{e}^{-x}+1}$=$\frac{1-{e}^{x}}{{e}^{x}+1}$=-f（x），
所以函數(shù)f（x）為奇函數(shù)…（4分）
（2）f（x）=$\frac{{e}^{x}-1}{{e}^{x}+1}$在R上為增函數(shù)，理由如下：
∵f′（x）=$\frac{{2e}^{x}}{{（e}^{x}+1）^{2}}$＞0恒成立，
∴f（x）=$\frac{{e}^{x}-1}{{e}^{x}+1}$在R上為增函數(shù)，…（7分）
∵${m^2}-m+1={（m-\frac{1}{2}）^2}+\frac{3}{4}≥\frac{3}{4}$
∴f（m²-m+1）≥f（-$\frac{3}{4}$）=-f（$\frac{3}{4}$），
∴f（m²-m+1）+f（-$\frac{3}{4}$）≥0…（10分）
（3）∵f（x）為R上的增函數(shù)且函數(shù)f（x）在定義域[a，b]上的值域?yàn)閇ke^a，ke^b]．
∴k＞0且$\left\{\begin{array}{l}f（a）={ke}^{a}\\ f（b）={ke}^\end{array}\right.$，
$\frac{{e}^{x}-1}{{e}^{x}+1}$=ke^x在R上有兩個(gè)不等實(shí)根；…（12分）
令t=e^x，t＞0且單調(diào)增，問(wèn)題即為方程kt²+（k-1）t+1=0在（0，+∞）上有兩個(gè)不等實(shí)根，
設(shè)h（t）=kt²+（k-1）t+1，
則$\left\{\begin{array}{l}（k-1）^{2}-4k＞0\\-\frac{k-1}{k}＞0\\ h（0）=1＞0\end{array}\right.$，解得：0＜k＜3-2$\sqrt{2}$…（16分）

點(diǎn)評(píng) 本題考查的知識(shí)點(diǎn)是函數(shù)的奇偶性，函數(shù)的單調(diào)性，函數(shù)的定義域值域，是函數(shù)圖象和性質(zhì)的綜合應(yīng)用，難度中檔．