(2014)(本题满分 14 分)本题共有 2 个小题,第…——2014 高考数学第 20 题答案解析

2014_上海卷 (2014·理)

2014 上海 第 20 题 解答题 区分题
2014_上海卷 (2014·理)

20.(2014)(本题满分 14 分)本题共有 2 个小题,第 1 小题满分 6 分,第 2 小题满分 8 分.
设常数 $a \geq 0$ ,函数 $f(x)=\frac{2^{x}+a}{2^{x}-a}$ .
(1)若 $a=4$ ,求函数 $y=f(x)$ 的反函数 $y=f^{-1}(x)$ ;
(2)根据 $a$ 的不同取值,讨论函数 $y=f(x)$ 的奇偶性,并说明理由.

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(1)当 $a=4$ 时,$f(x)=\frac{2^{x}+4}{2^{x}-4}$。
设 $y=\frac{2^{x}+4}{2^{x}-4}$,由 $2^x > 0$ 且分母不为零知 $2^x \neq 4$,即 $x \neq 2$。
解出 $2^x$:
$y(2^x - 4) = 2^x + 4 \implies y \cdot 2^x - 4y = 2^x + 4 \implies 2^x(y-1) = 4y+4$。
所以 $2^x = \frac{4(y+1)}{y-1}$。
因为 $2^x > 0$,所以 $\frac{4(y+1)}{y-1} > 0$,解得 $y < -1$ 或 $y > 1$。
两边取以 2 为底的对数,得 $x = \log_2 \frac{4(y+1)}{y-1}$。
互换 $x, y$,得反函数为 $f^{-1}(x) = \log_2 \frac{4x+4}{x-1}$,定义域为 $(-\infty, -1) \cup (1, +\infty)$。

(2)函数 $f(x)$ 的定义域需满足 $2^x - a \neq 0$。
① 当 $a=0$ 时,$f(x) = \frac{2^x}{2^x} = 1$ ($x \in \mathbb{R}$)。
此时 $f(-x) = 1 = f(x)$,故 $f(x)$ 为偶函数。

② 当 $a > 0$ 时,定义域为 $\{x | x \neq \log_2 a\}$。
若 $f(x)$ 为奇函数或偶函数,定义域必须关于原点对称。
若 $\log_2 a \neq 0$(即 $a \neq 1$),则定义域不关于原点对称,函数既非奇函数也非偶函数。
若 $\log_2 a = 0$(即 $a=1$),定义域为 $\{x | x \neq 0\}$,关于原点对称。
此时 $f(x) = \frac{2^x+1}{2^x-1}$。
$f(-x) = \frac{2^{-x}+1}{2^{-x}-1} = \frac{\frac{1}{2^x}+1}{\frac{1}{2^x}-1} = \frac{1+2^x}{1-2^x} = -\frac{2^x+1}{2^x-1} = -f(x)$。
故当 $a=1$ 时,$f(x)$ 为奇函数。

综上:
当 $a=0$ 时,$f(x)$ 为偶函数;
当 $a=1$ 时,$f(x)$ 为奇函数;
当 $a \in (0, 1) \cup (1, +\infty)$ 时,$f(x)$ 既非奇函数也非偶函数。

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