已知函数f(x)=log⁡4x−1x+1(1)f\left(x\right)={{\log}_{4}}\dfrac{x-1}{x+1}(1)若f(a)=12f\left(a\right)=\dfrac{1}{2},求aa的值; (2)判断f(x)f\left(x\right)的奇偶性,并证明你的结论. (3)求不等式f(x)>1f\left(x\right)>1的解集.

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完整解法

(1)

1. 根据 $f(a)=\dfrac{1}{2}$ 列出关于 $a$ 的方程并将其转化为指数形式

由 f(a)=12f(a) = \dfrac{1}{2} 可得:
log⁡4a−1a+1=12\log_{4}\dfrac{a-1}{a+1} = \dfrac{1}{2}
由于 412=24^{\frac{1}{2}} = 2,可将对数式转化为指数式:
a−1a+1=2\dfrac{a-1}{a+1} = 2

2. 求解一元一次分式方程求出 $a$ 的值并验证定义域

解方程 a−1a+1=2\dfrac{a-1}{a+1} = 2:
a−1=2(a+1)a-1 = 2(a+1)
a−1=2a+2a-1 = 2a+2
a=−3a = -3
验证定义域:将 a=−3a=-3 代入真数部分,−3−1−3+1=2>0\dfrac{-3-1}{-3+1} = 2 > 0,符合对数有意义的条件。
所以 aa 的值为 −3-3。

答案

a=−3a = -3

(2)

1. 求出函数的定义域,并判断其关于原点是否对称

要使函数 f(x)=log⁡4x−1x+1f(x) = \log_{4}\dfrac{x-1}{x+1} 有意义,需满足真数大于 00:
x−1x+1>0\dfrac{x-1}{x+1} > 0
即 (x−1)(x+1)>0(x-1)(x+1) > 0,解得 x>1x > 1 或 x<−1x < -1。
所以函数 f(x)f(x) 的定义域为 D=(−∞,−1)∪(1,+∞)D = (-\infty, -1) \cup (1, +\infty)。
由于定义域 DD 关于原点对称,可以继续探讨其奇偶性。

2. 计算 $f(-x)$ 并利用对数性质证明 $f(-x) = -f(x)$

对任意 x∈Dx \in D,有 −x∈D-x \in D:
f(−x)=log⁡4−x−1−x+1=log⁡4−(x+1)−(x−1)=log⁡4x+1x−1f(-x) = \log_{4}\dfrac{-x-1}{-x+1} = \log_{4}\dfrac{-(x+1)}{-(x-1)} = \log_{4}\dfrac{x+1}{x-1}
由于 x+1x−1=(x−1x+1)−1\dfrac{x+1}{x-1} = \left(\dfrac{x-1}{x+1}\right)^{-1},根据对数的运算性质可得:
f(−x)=log⁡4(x−1x+1)−1=−log⁡4x−1x+1=−f(x)f(-x) = \log_{4}\left(\dfrac{x-1}{x+1}\right)^{-1} = -\log_{4}\dfrac{x-1}{x+1} = -f(x)
因此,函数 f(x)f(x) 为奇函数。

答案

f(x)f(x) 为奇函数

(3)

1. 利用对数函数的单调性将对数不等式转化为代数不等式

不等式 f(x)>1f(x) > 1 即为:
log⁡4x−1x+1>1\log_{4}\dfrac{x-1}{x+1} > 1
因为对数的底数 4>14 > 1,所以函数 y=log⁡4ty = \log_4 t 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上是单调递增的。
因此,原不等式等价于:
x−1x+1>41=4\dfrac{x-1}{x+1} > 4^1 = 4

2. 求解分式不等式并写出最终的解集

对分式不等式 x−1x+1>4\dfrac{x-1}{x+1} > 4 进行移项和通分:
x−1x+1−4>0  ⟹  x−1−4(x+1)x+1>0\dfrac{x-1}{x+1} - 4 > 0 \implies \dfrac{x-1-4(x+1)}{x+1} > 0
−3x−5x+1>0  ⟹  3x+5x+1<0\dfrac{-3x-5}{x+1} > 0 \implies \dfrac{3x+5}{x+1} < 0
此分式不等式等价于:
(3x+5)(x+1)<0(3x+5)(x+1) < 0
解得:
−53<x<−1-\dfrac{5}{3} < x < -1
由于区间 (−53,−1)\left(-\dfrac{5}{3}, -1\right) 完全包含在函数定义域 (−∞,−1)∪(1,+∞)(-\infty, -1) \cup (1, +\infty) 内,
所以,不等式的解集为 (−53,−1)\left(-\dfrac{5}{3}, -1\right)。

答案

(−53,−1)\left(-\dfrac{5}{3},-1\right)

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