(a) Express 3x2−12x+14 in the form 3(x+a)2+b, where a and b are constants to be found.
[2]
The function f(x)=3x2−12x+14 is defined for x≥k, where k is a constant.
(b) Find the least value of k for which the function f−1 exists.
[1]
For the rest of this question, you should assume that k has the value found in part (b).
(c) Find an expression for f−1(x).
[3]
(d) Hence or otherwise solve the equation ff(x)=29.
[3]
题目中文翻译
(a) 将 3x2−12x+14 表示为 3(x+a)2+b 的形式,其中 a 和 b 为待求常数。
函数 f(x)=3x2−12x+14 定义在 x≥k,其中 k 是常数。
(b) 求使函数 f−1 存在的 k 的最小值。
在本题余下部分,你应假设 k 取 (b) 中求得的值。
(c) 求 f−1(x) 的表达式。
(d) 由此或用其他方法解方程 ff(x)=29。
解答
(a)
解法一
思路
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提出 3 后对 x2−4x 配方,再调整常数项。
答题过程
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Completing the square gives
3x2−12x+14=3((x−2)2−4)+14=3(x−2)2+2.
Thus a=−2 and b=2.
(b)
解法一
思路
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反函数存在要求原函数一一对应。若定义域从顶点左边开始,抛物线的对称点会给出重复的函数值。
答题过程
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The parabola is strictly increasing for x≥2. If k<2, there are points 2−h and 2+h in the domain for sufficiently small h>0, with the same value of f. Thus the least possible value is k=2.
(c)
解法一
思路
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令 y=f(x) 并反解 x。原定义域保证 x−2≥0,所以开平方取非负根。
答题过程
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From y=3(x−2)2+2 with x≥2, we obtain x=2+(y−2)/3. As the range of f is [2,∞),
f−1(x)=2+3x−2,x≥2.
(d)
解法一
思路
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用 (c) 的反函数逐层撤销两次 f。由于值域包含在定义域里,两个复合方向都可以在此处使用。
答题过程
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Applying f−1 to f(f(x))=29 gives
f(x)=f−1(29)=2+27/3=5.
Applying f−1 again gives x=f−1(5)=2+3/3=3. Indeed f(3)=5 and f(5)=29.
解法二
思路
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直接代入配方形式也能化简,因为 f(x)−2 本身就是一个平方的倍数。
答题过程
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For x≥2,
f(f(x))=3(f(x)−2)2+2=27(x−2)4+2.
Setting this equal to 29 gives (x−2)4=1. The domain requires x−2≥0, so x=3.