已知幂函数f(x)=(m−1)2xm2−4m+2f(x){=}{(m{-}1)}^{2}x^{m^{2}{-}4m{+}2}在(0,+∞)(0{,}{+∞})上单调递增,函数g(x)=2x−tg(x){=}2^{x}{-}t,对于任意的x1∈[1,6)x_{1}{∈[}1{,}6),总存在x2∈[1,6)x_{2}{∈[}1{,}6),使得f(x1)=g(x2)f(x_{1}){=}g(x_{2}),则tt的取值范围是()({ })
A. ⌀{⌀}
B. 1⩽t⩽281{\leqslant }t{\leqslant }28
C. t<1t{ < }1或t>28t{ > }28
D. t⩽1t{\leqslant }1或t⩾28t{\geqslant }28

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完整解法

1. 求幂函数 $f(x)$ 的解析式

因为 f(x)=(m−1)2xm2−4m+2f(x) = (m-1)^2 x^{m^2 - 4m + 2} 为幂函数,所以其系数必须为 11,即:
(m−1)2=1(m-1)^2 = 1
解得 m=0m = 0 或 m=2m = 2。

  • 当 m=2m = 2 时,f(x)=x−2=1x2f(x) = x^{-2} = \frac{1}{x^2},在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递减,不符合题意,舍去;
  • 当 m=0m = 0 时,f(x)=x2f(x) = x^2,在 (0,+∞)(0, +\infty) 上单调递增,符合题意。

因此,f(x)=x2f(x) = x^2。

2. 分别求出 $f(x)$ 和 $g(x)$ 在区间 $[1, 6)$ 上的值域

当 x∈[1,6)x \in [1, 6) 时:

  • f(x)=x2f(x) = x^2 单调递增,值域为 A=[f(1),f(6))=[1,36)A = [f(1), f(6)) = [1, 36);
  • g(x)=2x−tg(x) = 2^x - t 单调递增,值域为 B=[g(1),g(6))=[2−t,64−t)B = [g(1), g(6)) = [2 - t, 64 - t)。

3. 转化“任意-存在”问题为集合包含关系并求出 $t$ 的取值范围

由题意,“对于任意的 x1∈[1,6)x_1 \in [1, 6),总存在 x2∈[1,6)x_2 \in [1, 6),使得 f(x1)=g(x2)f(x_1) = g(x_2)”,等价于 f(x)f(x) 在 [1,6)[1, 6) 上的值域是 g(x)g(x) 在 [1,6)[1, 6) 上值域的子集,即 A⊆BA \subseteq B。

因此需满足:
{2−t⩽164−t⩾36\begin{cases} 2 - t \leqslant 1 \\ 64 - t \geqslant 36 \end{cases}
解得:
{t⩾1t⩽28  ⟹  1⩽t⩽28\begin{cases} t \geqslant 1 \\ t \leqslant 28 \end{cases} \implies 1 \leqslant t \leqslant 28

故选 B。

答案

B

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