已知函数且是定义在上的奇函数. Ⅰ求实数的值; Ⅱ 证明函数在上是增函数; Ⅲ当时,恒成立,求实数的取值范围.
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完整解法
(Ⅰ)
1. 利用奇函数的定义求出待定系数 $a$ 的值
因为 是定义在 上的奇函数,所以其在 处有定义,且必有 。
代入 得:
从而有 ,解得 ,即 。
2. 验证 $a=2$ 时函数确为奇函数
当 时,。
其定义域为 ,且对于任意 ,有:
所以 为奇函数,满足题意。故 。
答案
(Ⅱ)
1. 利用定义法设定变量并作差
由第(Ⅰ)问知 。
任取 且 。
作差得:
2. 判断差值的符号并得出结论
因为 且 在 上是增函数,所以 ,即 。
又因为 且 ,
所以 ,即 。
因此,函数 在 上是增函数。
答案
证明见解析
(Ⅲ)
1. 将恒成立不等式进行变形与参变分离
当 时, 恒成立,即:
因为 ,所以 ,由此可得 且 。
因此 。
两边同除以该项,分离参数 得:
2. 引入新变量换元简化函数结构
令 。
因为 ,所以 ,从而有 。
此时 ,代入上式得:
3. 构造新函数并求其在对应区间上的最小值
设 ,。
因为函数 和 在 上均为单调递增函数,所以它们的和函数 也在 上单调递增。
因此,当 时, 取得最小值:
要使 恒成立,必须有 ,即 。
所以实数 的取值范围为 。
答案
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