函数f(x)f(x)的定义域为(0,+∞)(0,+∞),且对一切x>0x>0,y>0y>0都有f(xy)=f(x)−f(y)f(\dfrac{x}{y})=f(x)-f(y),当x>1x>1时,总有f(x)>0.(1)f(x)>0.(1)求f(1)f(1)的值; (2)判断f(x)f(x)的单调性并证明; (3)若f(4)=6f(4)=6,解不等式f(x−1)⩽3.f(x-1)\leqslant 3.

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完整解法

(1)

1. 求 $f(1)$ 的值

令 x=y=1x=y=1,代入已知等式 f(xy)=f(x)−f(y)f(\dfrac{x}{y})=f(x)-f(y) 中,
得 f(11)=f(1)−f(1)f(\dfrac{1}{1}) = f(1) - f(1),
化简得 f(1)=0f(1) = 0.

答案

f(1)=0f(1) = 0

(2)

1. 用单调性定义设出两个变量并作差变形

设 x1,x2∈(0,+∞)x_1, x_2 \in (0, +\infty),且 x1<x2x_1 < x_2.
利用已知恒等式,两函数值作差可变形为:
f(x2)−f(x1)=f(x2x1)f(x_2) - f(x_1) = f(\dfrac{x_2}{x_1}).

2. 分析自变量之比的范围并判定对应函数值的符号

因为 x2>x1>0x_2 > x_1 > 0,所以 x2x1>1\dfrac{x_2}{x_1} > 1.
根据题设条件,当 x>1x > 1 时,总有 f(x)>0f(x) > 0,
所以 f(x2x1)>0f(\dfrac{x_2}{x_1}) > 0.

3. 得出单调性结论

因此 f(x2)−f(x1)>0f(x_2) - f(x_1) > 0,即 f(x2)>f(x1)f(x_2) > f(x_1).
所以 f(x)f(x) 在 (0,+∞)(0,+\infty) 上是单调递增函数.

答案

f(x)f(x) 在 (0,+∞)(0,+\infty) 上是单调递增函数

(3)

1. 求出对应函数值为 3 时的自变量

在等式 f(xy)=f(x)−f(y)f(\dfrac{x}{y})=f(x)-f(y) 中,令 x=4,y=2x=4, y=2,
得 f(42)=f(4)−f(2)f(\dfrac{4}{2}) = f(4) - f(2),即 f(2)=f(4)−f(2)f(2) = f(4) - f(2).
所以 2f(2)=f(4)=62f(2) = f(4) = 6,解得 f(2)=3f(2) = 3.

2. 结合定义域和单调性将函数不等式转化为自变量不等式组

不等式 f(x−1)⩽3f(x-1) \leqslant 3 可化为 f(x−1)⩽f(2)f(x-1) \leqslant f(2).
因为 f(x)f(x) 的定义域为 (0,+∞)(0, +\infty),且 f(x)f(x) 在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增,
所以自变量需满足:
{x−1>0x−1⩽2\begin{cases} x-1 > 0 \\ x-1 \leqslant 2 \end{cases}

3. 求解不等式组并得出最终解集

解不等式组得 1<x⩽31 < x \leqslant 3.
所以不等式的解集为 (1,3](1, 3].

答案

(1,3](1,3]

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