已知函数f(x)=a−22x+1(a>0)f(x)=a-\dfrac{2}{2^{x}+1}(a>0)的图象在直线y=1y=1的下方且无限接近直线y=1.(1)y=1.(1)判断函数的单调性((写出判断说明即可,无需证明)),并求函数解析式;(2);(2)判断函数的奇偶性并用定义证明;(3);(3)求函数f(x)f(x)的值域.

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完整解法

(1)

1. 判断并说明函数的单调性

因为 x∈Rx \in \mathbb{R} 时,指数函数 2x2^x 单调递增,则 2x+12^x+1 单调递增,
所以 22x+1\dfrac{2}{2^x+1} 单调递减,
从而 −22x+1-\dfrac{2}{2^x+1} 单调递增,
由于常数 aa 不改变函数的增减性,因此 f(x)=a−22x+1f(x) = a - \dfrac{2}{2^x+1} 在 R\mathbb{R} 上单调递增。

2. 根据渐近线性质求出常数 $a$ 并写出函数解析式

因为对任意 x∈Rx \in \mathbb{R},有 2x>02^x > 0,所以 2x+1∈(1,+∞)2^x+1 \in (1, +\infty),
进而 22x+1∈(0,2)\dfrac{2}{2^x+1} \in (0, 2),
所以 −22x+1∈(−2,0)-\dfrac{2}{2^x+1} \in (-2, 0),
由此可得 f(x)=a−22x+1∈(a−2,a)f(x) = a - \dfrac{2}{2^x+1} \in (a-2, a)。
又因为函数 f(x)f(x) 的图象在直线 y=1y=1 的下方且无限接近直线 y=1y=1,
可知当 x→+∞x \to +\infty 时,22x+1→0\dfrac{2}{2^x+1} \to 0,从而 f(x)→af(x) \to a,
因此 a=1a=1。
所以函数的解析式为 f(x)=1−22x+1f(x) = 1 - \dfrac{2}{2^x+1}。

答案

函数 f(x)f(x) 在 R\mathbb{R} 上单调递增,其解析式为 f(x)=1−22x+1f(x) = 1 - \dfrac{2}{2^x+1}

(2)

1. 确定函数的定义域对称性并给出判断结论

由(1)知 f(x)=1−22x+1f(x) = 1 - \dfrac{2}{2^x+1},该函数的定义域为 R\mathbb{R},定义域关于原点对称。
判断得函数 f(x)f(x) 为奇函数。

2. 用定义式证明奇偶性

对于任意 x∈Rx \in \mathbb{R},有:
f(−x)=1−22−x+1=1−212x+1=1−2⋅2x2x+1f(-x) = 1 - \dfrac{2}{2^{-x}+1} = 1 - \dfrac{2}{\frac{1}{2^x}+1} = 1 - \dfrac{2\cdot 2^x}{2^x+1}
由于
f(−x)+f(x)=(1−2⋅2x2x+1)+(1−22x+1)f(-x) + f(x) = \left(1 - \dfrac{2\cdot 2^x}{2^x+1}\right) + \left(1 - \dfrac{2}{2^x+1}\right)
=2−2⋅2x+22x+1=2−2(2x+1)2x+1=2−2=0= 2 - \dfrac{2\cdot 2^x + 2}{2^x+1} = 2 - \dfrac{2(2^x+1)}{2^x+1} = 2 - 2 = 0
所以 f(−x)=−f(x)f(-x) = -f(x),
故函数 f(x)f(x) 为奇函数。

答案

函数 f(x)f(x) 为奇函数

(3)

1. 结合(1)中对取值范围的分析求解值域

由(1)中分析可知,当 x∈Rx \in \mathbb{R} 时,22x+1∈(0,2)\dfrac{2}{2^x+1} \in (0, 2),
所以 f(x)=1−22x+1∈(1−2,1)f(x) = 1 - \dfrac{2}{2^x+1} \in (1-2, 1),即 f(x)∈(−1,1)f(x) \in (-1, 1)。
因此,函数 f(x)f(x) 的值域为 (−1,1)(-1, 1)。

答案

函数 f(x)f(x) 的值域为 (−1,1)(-1, 1)

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