已知函数f(x)f\left(x\right)是定义在RR上的偶函数,且f(0)=0f\left(0\right)=0,当x>0x>0时,f(x)=log⁡2(x+1).(1)f\left(x\right)={{\log}_{2}}\left(x+1\right).(1)求函数f(x)f\left(x\right)的解析式; (2)解不等式f(x+2)>3f\left(x+2\right)>3; (3)记函数g(x)=(12)f(x)g\left(x\right)={{\left(\dfrac{1}{2}\right)}^{f\left(x\right)}},试讨论函数g(x)g\left(x\right)的单调性.

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完整解法

(1)

1. 设出 $x < 0$ 并利用自变量转化

当 x<0x < 0 时,−x>0-x > 0,
因为当 x>0x > 0 时,f(x)=log⁡2(x+1)f(x) = \log_2(x+1),
所以 f(−x)=log⁡2(−x+1)f(-x) = \log_2(-x+1).

2. 利用偶函数性质求得 $x < 0$ 时的解析式

因为函数 f(x)f(x) 是定义在 R\mathbb{R} 上的偶函数,
所以 f(x)=f(−x)f(x) = f(-x),
从而当 x<0x < 0 时,f(x)=log⁡2(1−x)f(x) = \log_2(1-x).

3. 整合各区间得到完整解析式

结合 f(0)=0f(0) = 0 和 x>0x > 0 时的解析式,可得:
f(x)={log⁡2(x+1),x>00,x=0log⁡2(1−x),x<0f(x) = \begin{cases} \log_2(x+1), & x > 0 \\ 0, & x = 0 \\ \log_2(1-x), & x < 0 \end{cases}
或者写成统一形式:f(x)=log⁡2(∣x∣+1),x∈Rf(x) = \log_2(|x|+1), x \in \mathbb{R}.

答案

f(x)={log⁡2(x+1),x>00,x=0log⁡2(1−x),x<0f(x) = \begin{cases} \log_2(x+1), & x > 0 \\ 0, & x = 0 \\ \log_2(1-x), & x < 0 \end{cases} (或写成 f(x)=log⁡2(∣x∣+1)f(x) = \log_2(|x|+1))

(2)

1. 将不等式转化为关于绝对值的不等式

由 (1) 可知 f(x)=log⁡2(∣x∣+1)f(x) = \log_2(|x|+1),
因此不等式 f(x+2)>3f(x+2) > 3 可化为 log⁡2(∣x+2∣+1)>3\log_2(|x+2|+1) > 3.

2. 利用对数函数的单调性脱去对数符号

因为 3=log⁡283 = \log_2 8,且底数 2>12 > 1,对数函数 y=log⁡2uy = \log_2 u 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增,
所以 ∣x+2∣+1>8|x+2|+1 > 8,即 ∣x+2∣>7|x+2| > 7.

3. 解绝对值不等式求得解集

由 ∣x+2∣>7|x+2| > 7 可得 x+2>7x+2 > 7 或 x+2<−7x+2 < -7,
解得 x>5x > 5 或 x<−9x < -9.
所以原不等式的解集为 (−∞,−9)∪(5,+∞)(-\infty, -9) \cup (5, +\infty).

答案

(−∞,−9)∪(5,+∞)(-\infty, -9) \cup (5, +\infty)

(3)

1. 引入中间变量,将复合函数拆解

设 t=f(x)t = f(x),则 y=(12)ty = \left(\dfrac{1}{2}\right)^t.

2. 分析内层函数 $t = f(x)$ 的单调性

因为 f(x)f(x) 是偶函数,且当 x>0x > 0 时 f(x)=log⁡2(x+1)f(x) = \log_2(x+1) 是单调递增的,
所以 t=f(x)t = f(x) 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增,在 (−∞,0)(-\infty, 0) 上单调递减.

3. 分析外层函数的单调性

因为外层函数 y=(12)ty = \left(\dfrac{1}{2}\right)^t 的底数 0<12<10 < \dfrac{1}{2} < 1,
所以 y=(12)ty = \left(\dfrac{1}{2}\right)^t 在 R\mathbb{R} 上单调递减.

4. 根据复合函数单调性法则确定 $g(x)$ 的单调区间

由复合函数“同增异减”的单调性规律可得:
在 (−∞,0)(-\infty, 0) 上,内层函数单调递减,外层函数单调递减,故 g(x)g(x) 单调递增;
在 (0,+∞)(0, +\infty) 上,内层函数单调递增,外层函数单调递减,故 g(x)g(x) 单调递减.
综上,函数 g(x)g(x) 的单调递增区间为 (−∞,0](-\infty, 0],单调递减区间为 [0,+∞)[0, +\infty).

答案

函数 g(x)g(x) 在 (−∞,0](-\infty, 0] 上单调递增,在 [0,+∞)[0, +\infty) 上单调递减

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