已知 $f(x)=(2a+1)\cdot {\rm e}^x-\left(a^2-1\right)\cdot {\rm e}^{-x}$.若 $f(x)$ 是 $\mathbb R$ 上的增函数,则实数 $a$ 的取值范围是 ;若 $f(x)$ 是 $\mathbb R$ 上的减函数,则实数 $a$ 的取值范围是 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$[1,+\infty)$;$\left[-1,-\dfrac 12\right]$
【解析】
设 $t={\rm e}^x$,其中 $t>0$,则函数 $y=f(x)$ 可以看成\[g(t)=(2a+1)t+\dfrac{1-a^2}t\]与 $t={\rm e}^x$ 的复合函数.根据题意,$g(t)$ 为 $\mathbb R^+$ 上的单调函数.
情形一 $(2a+1)\cdot\left(1-a^2\right)=0$.当 $a=-\dfrac 12,-1$ 时,$g(t)$ 是 $\mathbb R^+$ 上的减函数.当 $a=1$ 时,$g(t)$ 是 $\mathbb R^+$ 上的增函数.
情形二 $(2a+1)\cdot\left(1-a^2\right)>0$.此时 $g(t)$ 在 $t=\sqrt{\dfrac{1-a^2}{2a+1}}$ 两侧单调性不同,不符合题意.
情形三 $(2a+1)\cdot\left(1-a^2\right)<0$.此时当 $a>1$ 时,函数 $g(t)$ 在 $\mathbb R^+$ 上单调递增;当 $-1<a<-\dfrac 12$ 时;函数 $g(t)$ 在 $\mathbb R^+$ 上单调递减.
综上所述,若 $f(x)$ 是 $\mathbb R$ 上的增函数,则实数 $a$ 的取值范围是 $[1,+\infty)$;若 $f(x)$ 是 $\mathbb R$ 上的减函数,则实数 $a$ 的取值范围是 $\left[-1,-\dfrac 12\right]$.
综上所述,若 $f(x)$ 是 $\mathbb R$ 上的增函数,则实数 $a$ 的取值范围是 $[1,+\infty)$;若 $f(x)$ 是 $\mathbb R$ 上的减函数,则实数 $a$ 的取值范围是 $\left[-1,-\dfrac 12\right]$.
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