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16不等式★★★★☆
设函数 f(x)=x2−1f(x) = x^2 - 1,对任意 x∈[32,+∞)x \in \left[\frac{3}{2}, +\infty\right),f(xm)−4m2f(x)⩽f(x−1)+4f(m)f\left(\frac{x}{m}\right) - 4m^2f(x) \leqslant f(x - 1) + 4f(m) 恒成立,则实数 mm 的取值范围是______. \begin{answer} (−∞,−32]∪[32,+∞)\left(-\infty,-\frac{\sqrt{3}}{2}\right]\cup\left[\frac{\sqrt{3}}{2},+\infty\right) \end{answer} \begin{solution} 因题中含有 f(xm)f(\frac{x}{m}),必须有 m≠0m\ne0. 将 f(x)=x2−1f(x)=x^2-1 代入不等式并移项,得 Qm(x):=(1m2−4m2−1)x2+2x+3≤0Q_m(x):=\left(\frac1{m^2}-4m^2-1\right)x^2+2x+3\le0,x≥32x\ge\frac32. 记 Am=1m2−4m2−1A_m=\dfrac1{m^2}-4m^2-1. 若 Am≥0A_m\ge0,则 Qm(x)Q_m(x) 在充分大的 xx 处为正,不可能恒成立. 设 Am<0A_m<0. 若二次函数顶点 −1Am≥32-\frac{1}{A_m}\ge\frac{3}{2},则其在定义区间内的最大值为
Qm(−1Am)=3−1Am>0Q_m\left(-\frac1{A_m}\right)=3-\frac1{A_m}>0
仍不可能恒成立. 所以顶点必须在区间左侧. 此时对 x≥32x\ge\frac{3}{2} 有 Qm′(x)=2Amx+2<0Q_m'(x)=2A_mx+2<0,故 QmQ_m 在该区间上递减,只需令端点处的最大值不大于零: Qm(32)=94Am+6≤0Q_m\left(\frac32\right)=\frac94A_m+6\le0,Am≤−83A_m\le-\frac83. 于是
1m2−4m2+53≤0\frac1{m^2}-4m^2+\frac53\le0
令 t=m2>0t=m^2>0,乘以正数 3t3t 得
12t2−5t−3≥012t^2-5t-3\ge0
该二次式的根为 −13-\dfrac13,34\dfrac34,故 t≥34t\ge\dfrac34,即
∣m∣≥32|m|\ge\frac{\sqrt3}{2}
所以 mm 的取值范围为
(−∞,−32]∪[32,+∞)\left(-\infty,-\frac{\sqrt3}{2}\right]\cup\left[\frac{\sqrt3}{2},+\infty\right)
\end{solution}

2010 · 天津 · 理 · 第 16 题 · 填空题

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