设 (x+dfrac (1)(x))=dfrac ({x)^2}({x)^4+1}(xneq 0), 求f(x)。

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查函数的复合关系及代数变形能力,需要将给定的复合函数表达式转化为关于新变量的函数,并确定其定义域。
解题核心思路:
- 变量替换:设 $t = x + \dfrac{1}{x}$,将原式中的 $x$ 用 $t$ 表示。
- 代数变形:通过平方运算将 $t$ 与 $x^2 + \dfrac{1}{x^2}$ 联系起来,进而将原式转化为关于 $t$ 的表达式。
- 定义域分析:利用不等式确定 $t$ 的取值范围,从而得到 $f(x)$ 的定义域。
破题关键点:
- 关键变形:发现 $x^4 + 1 = x^2 \left(x^2 + \dfrac{1}{x^2}\right)$,并结合 $t^2 = x^2 + \dfrac{1}{x^2} + 2$。
- 定义域推导:通过均值不等式确定 $t$ 的取值范围。
步骤1:变量替换
设 $t = x + \dfrac{1}{x}$,则原式变为 $f(t) = \dfrac{x^2}{x^4 + 1}$。
步骤2:化简分母
将分母 $x^4 + 1$ 变形为:
$x^4 + 1 = x^2 \cdot x^2 + 1 = x^2 \left(x^2 + \dfrac{1}{x^2}\right).$
因此,原式可化简为:
$f(t) = \dfrac{x^2}{x^2 \left(x^2 + \dfrac{1}{x^2}\right)} = \dfrac{1}{x^2 + \dfrac{1}{x^2}}.$
步骤3:关联变量 $t$
由 $t = x + \dfrac{1}{x}$,平方得:
$t^2 = \left(x + \dfrac{1}{x}\right)^2 = x^2 + 2 + \dfrac{1}{x^2} \implies x^2 + \dfrac{1}{x^2} = t^2 - 2.$
代入化简后的表达式:
$f(t) = \dfrac{1}{t^2 - 2}.$
步骤4:确定定义域
当 $x > 0$ 时,由均值不等式 $x + \dfrac{1}{x} \geq 2$,当且仅当 $x = 1$ 时取等号;
当 $x < 0$ 时,令 $y = -x > 0$,则 $x + \dfrac{1}{x} = -\left(y + \dfrac{1}{y}\right) \leq -2$,当且仅当 $y = 1$(即 $x = -1$)时取等号。
因此,$t \in (-\infty, -2] \cup [2, +\infty)$,即 $f(x)$ 的定义域为 $x \in (-\infty, -2] \cup [2, +\infty)$。