题目
24. (2015·浙江)设f(x+(1)/(x))=(x^2)/(x^4)+1(xneq0),求f(x).
24. (2015·浙江)设$f(x+\frac{1}{x})=\frac{x^{2}}{x^{4}+1}(x\neq0)$,求f(x).
题目解答
答案
令 $ t = x + \frac{1}{x} $,则 $ x^2 + \frac{1}{x^2} = t^2 - 2 $。
原式可化为:
\[
f(t) = \frac{x^2}{x^4 + 1} = \frac{1}{x^2 + \frac{1}{x^2}} = \frac{1}{t^2 - 2}
\]
由 $ t = x + \frac{1}{x} $,当 $ x > 0 $ 时,$ t \geq 2 $;当 $ x < 0 $ 时,$ t \leq -2 $。
故 $ t $ 的取值范围为 $ t \in (-\infty, -2] \cup [2, +\infty) $。
**答案:**
\[
\boxed{f(x) = \frac{1}{x^2 - 2}, \quad x \in (-\infty, -2] \cup [2, +\infty)}
\]
解析
考查要点:本题主要考查函数的代换法求解析式,以及代数式的变形能力。关键在于通过变量替换将复杂的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:
- 变量代换:设$t = x + \frac{1}{x}$,将原式中的$x$用$t$表示。
- 代数变形:利用平方关系将分母$x^4 + 1$转化为与$t$相关的表达式。
- 定义域分析:根据$x + \frac{1}{x}$的取值范围确定$t$的合法区间。
破题关键点:
- 发现$x^2 + \frac{1}{x^2}$与$t$的关系:通过平方展开得到$x^2 + \frac{1}{x^2} = t^2 - 2$。
- 分式化简:将原式转化为$\frac{1}{t^2 - 2}$。
- 定义域推导:利用不等式确定$t$的取值范围。
步骤1:变量代换
设$t = x + \frac{1}{x}$,则:
$x^2 + \frac{1}{x^2} = \left(x + \frac{1}{x}\right)^2 - 2 = t^2 - 2.$
步骤2:化简原式
原式$\frac{x^2}{x^4 + 1}$可变形为:
$\frac{x^2}{x^4 + 1} = \frac{1}{x^2 + \frac{1}{x^2}} = \frac{1}{t^2 - 2}.$
步骤3:确定函数表达式
因此,函数$f(t)$可表示为:
$f(t) = \frac{1}{t^2 - 2}.$
步骤4:分析定义域
根据$t = x + \frac{1}{x}$的取值范围:
- 当$x > 0$时,由均值不等式得$t \geq 2$;
- 当$x < 0$时,令$y = -x > 0$,则$t = -\left(y + \frac{1}{y}\right) \leq -2$。
综上,$t \in (-\infty, -2] \cup [2, +\infty)$。