1. 求解函数 $f(x)$ 的值域
设 t=2x,因为 x∈R,所以 t>0。
将函数 f(x) 变形为关于 t 的二次函数:
y=−t2+2t−1=−(t−1)2
因为 t>0,所以当 t=1 时,y 取得最大值 0。
又当 t→0+ 或 t→+∞ 时,y→−∞。
因此,函数 f(x) 的值域为 M=(−∞,0]。
2. 转化题目的量词条件为值域包含关系
已知对任意 x1∈R,都存在 x2∈R,使 f(x1)=g(x2)。
这说明函数 f(x) 的值域是函数 g(x) 值域的子集。
设 g(x) 的值域为 N,则有 M⊆N,即 (−∞,0]⊆N。
3. 将 $g(x)$ 的值域要求转化为内层函数 $u(x)$ 的值域要求
令内层函数 u(x)=ax2−4x+1。
由对数函数的性质可知,g(x)=lgu(x)≤0⟺0<u(x)≤1。
为了使 g(x) 的值域 N 包含 (−∞,0],内层函数 u(x) 的函数值必须能够取遍区间 (0,1] 上的所有实数。
即区间 (0,1] 必须是 u(x) 值域(在 u(x)>0 的部分)的子集。
注意到 u(0)=1,即 1 必然在 u(x) 的值域内,因此只需 u(x) 能够取到趋近于 0 且大于 0 的所有值。
4. 对 $a$ 进行分类讨论,求解 $a$ 的范围并确定最大值
对二次项系数 a 进行分类讨论:
- 当 a≤0 时:
- 若 a=0,u(x)=−4x+1 的值域为 R,显然能覆盖 (0,1];
- 若 a<0,抛物线开口向下,当 x→±∞ 时,u(x)→−∞。由于 u(0)=1,由连续性可知 u(x) 的值域为 (−∞,1],其中包含 (0,1]。
综上,a≤0 时均符合题意。
- 当 a>0 时:
抛物线开口向上,对称轴为 x=a2>0,其最小值为:
ight) = 1 - \frac{4}{a} 要使 $u(x)$ 的值域覆盖 $(0, 1]$,其最小值必须小于或等于 $0$,即:
1 - \frac{4}{a} \le 0 \implies a \le 4$$
结合 a>0,得 0<a≤4。
综合上述两种情况,实数 a 的取值范围为 a≤4。
因此,实数 a 的最大值为 4。
本题答案选 B。