设 $f\left(x\right) = \dfrac{{1 + {a^x}}}{{1 - {a^x}}}\left(a > 0 且 a \ne 1\right),g\left(x\right)$ 是 $f\left(x\right)$ 的反函数.
【难度】
【出处】
2010年高考四川卷(文)
【标注】
  1. 求 $g\left(x\right)$;
    标注
    答案
    解析
    由题意得\[{a^x} = \dfrac{{y - 1}}{{y + 1}} > 0 ,\]故\[g\left(x\right) = {\log _a}\dfrac{{x - 1}}{{x + 1}},x \in \left( - \infty , - 1\right) \cup \left(1, + \infty \right).\]
  2. 当 $x \in \left[2,6\right]$ 时,恒有 $g\left(x\right) > {\log _a}\dfrac{t}{{\left({x^2} - 1\right)\left(7 - x\right)}}$ 成立,求 $t$ 的取值范围;
    标注
    答案
    解析
    由\[g\left(x\right) = {\log _a}\dfrac{{x - 1}}{{x + 1}} > {\log _a}\dfrac{t}{{\left({x^2} - 1\right)\left(7 - x\right)}}\]得:
    $ ① $ 当 $a > 1$ 时,$\dfrac{{x - 1}}{{x + 1}} > \dfrac{t}{{\left({x^2} - 1\right)\left(7 - x\right)}} > 0$.
    又因为 $x \in \left[2,6\right]$,所以\[0 < t < {\left(x - 1\right)^2}\left(7 - x\right) .\]令\[h\left(x\right) = {\left(x - 1\right)^2}\left(7 - x\right) = - {x^3} + 9{x^2} - 15x + 7,x \in \left[2,6\right],\]则\[h'\left(x\right) = - 3{x^2} + 18x - 15 = - 3\left(x - 1\right)\left(x - 5\right) .\]列表如下:\[\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline
    x & 2 & \left(2,5\right) & 5 & \left(5,6\right) & 6 \\ \hline
    h'\left(x\right) & & + & 0 & - & \\ \hline
    h\left(x\right) & 5 & ↗& 极大值32 & ↘ & 25 \\ \hline
    \end{array} \]所以 $h{\left(x\right)_{最小值}} = 5$,所以 $0 < t < 5$.
    $ ② $ 当 $0 < a < 1$ 时,$0 < \dfrac{{x - 1}}{{x + 1}}$ $ < \dfrac{t}{{\left({x^2} - 1\right)\left(7 - x\right)}}$.
    又因为 $x \in \left[2,6\right]$,所以\[ t > {\left(x - 1\right)^2}\left(7 - x\right)>0 .\]令\[h\left(x\right) = {\left(x - 1\right)^2}\left(7 - x\right) ,x \in \left[2,6\right],\]由 $ ① $ 知 $h{\left(x\right)_{最大值}} = 32$,所以 $t > 32$.
    综上,当 $a > 1$ 时,$0 < t < 5$;当 $0 < a < 1$ 时,$t > 32$.
  3. 当 $0 < a \leqslant \dfrac{1}{2}$ 时,试比较 $f\left(1\right) + f\left(2\right) + \cdots + f\left(n\right)$ 与 $n + 4$ 的大小,并说明理由.
    标注
    答案
    解析
    设 $a = \dfrac{1}{{1 + p}}$,则 $p \geqslant 1$,
    当 $n = 1$ 时,$f\left(1\right) = \dfrac{{1 + a}}{{1 - a}} = 1 + \dfrac{2}{p} \leqslant 3 < 5$,
    当 $n \geqslant 2$ 时,设 $k \geqslant 2$,$k \in {{\mathbb{N}}^ * }$,则\[ f\left(k\right) = \dfrac{{1 + {a^k}}}{{1 - {a^k}}} = 1 + \dfrac{2}{{{{\left(1 + p\right)}^k} - 1}} = 1 + \dfrac{2}{{{\mathrm{C}}_k^1p + {\mathrm{C}}_k^2{p^2} + \cdots + {\mathrm{C}}_k^k{p^k}}},\]所以\[1 < f\left(k\right) \leqslant 1 + \dfrac{2}{{{\mathrm{C}}_k^1 + {\mathrm{C}}_k^2}} = 1 + \dfrac{4}{{k\left(k + 1\right)}} = 1 + \dfrac{4}{k} - \dfrac{4}{{k + 1}} ,\]从而\[f\left(2\right) + f\left(3\right) + \cdots + f\left(n\right) \leqslant n - 1 + \dfrac{4}{2} - \dfrac{4}{{n + 1}} < n + 1 .\]所以\[f\left(1\right) + f\left(2\right) + f\left(3\right) + \cdots + f\left(n\right) < f\left(1\right) + n + 1 \leqslant n + 4.\]综上,总有 $f\left(1\right) + f\left(2\right) + f\left(3\right) + \cdots + f\left(n\right) < n + 4$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2 问题3 答案3 解析3 备注3
0.113642s