Question

对于函数y=f（x），若同时满足下列条件：
①函数y=f（x）在定义域D内是单调递增或单调递减函数；
②存在区间[a，b]⊆3D，使函数f（x）在[a，b]上的值域为[a，b]，则称f（x）是D上的闭函数．
（1）求闭函数f（x）=-x³符合条件②的区间[a，b]；
（2）判断函数g（x）=，在区间（0，+∞）上是否为闭函数；
（3）若函数φ（x）=k+是闭函数，求实数k的取值范围．

Answer

（1）利用函数f（x）=-x3在R上为单调减函数的特点，由f（a）=b，f（b）=a列方程即可解得a，b
（2）根据求导公式求出g′（x），并求出g（x）的单调区间，判断其在（0，+∞）不具有单调性，再据闭函数的定义判断；
（3）函数φ（x）=k+在[-2，+∞）单调递增，根据闭函数的定得f（a）=a，f（b）=b，列出方程组后得：a、b是此方程组的解，再对k进行分类讨论，分别转化为二次函数根的分布问题，列对应的不等式即可得k的取值范围．
【解析】
（1）∵y=-x3是[a，b]上的减函数，
∴
∴．
∴（，∴
又∵-a3=b，∴．
∴所求区间为[-1，1]．
（2）∵g′（x）=∈（0，+∞），
令g′（x）=＞0，得x＞，
∴x＞时，g（x）为（，+∞）上的增函数．
令g′（x）=＜0，得0＜x＜
∴g（x）为（0，）上的减函数．
∴g（x）不是（0，+∞）上的单调函数．
∴g（x）不是（0，+∞）上的闭函数．
（3）易知φ（x）是[-2，+∞]上的增函数．
设φ（x）=k+满足条件②的区间是[a，b]，
∴
即a，b是方程x=k+的两个不等实根．
也就是方程组有两个不等实根a，b．
①当k≤-2时，方程x2-（2k+1）+（k2-2）=0在[-2，+∞）上有两个不等实根．
∴
解得：-．
②当k＞-2时，方程x2-（2k+1）x+（k2-2）=0在[k，+∞）上有两个不等实根．
∴
解得：-，与条件k＞-2矛盾．
∴φ（x）=k+是闭函数，实数k的取值范围是-．