Question

设函数y=f（x）与函数y=f（f（x））的定义域交集为D．若对任意的x∈D，都有f（f（x））=x，则称函数f（x）是集合M的元素．
（1）判断函数f（x）=-x+1和g（x）=2x-1是否是集合M的元素，并说明理由；
（2）设函数f（x）=log2(1-2x)，试求函数f（x）的反函数f^-1（x），并证明f^-1（x）∈M；
（3）若f（X）=

ax

x+b

∈M（a，b为常数且a＞0），求使f（x）＜1成立的x的取值范围．

Answer 1

（1）因为对任意x∈R，f（f（x））=-（-x+1）+1=x，所以f（x）=-x+1∈M（2分）
因为g（g（x））=2（2x-1）-1=4x-3不恒等x，所以g（x）∉M
（2）因为f（x）=log₂（1-2^x），所以x∈（-∞，0），f（x）∈（-∞，0）…（5分）
函数f（x）的反函数f^-1（x）=log₂（1-2^x），（x＜0）…（6分）
又因为f^-1（f^-1（x））=log₂（1-2f-1(x)）=log₂（1-（1-2^x））=x…（9分）
所以f^-1（x）∈M…（10分）
（3）因为f（x）=

ax

x+b

∈M，所以f（f（x））=x对定义域内一切x恒成立，
∴

a• ax x+b

ax x+b +b

=x
即解得：（a+b）x²-（a²-b²）x=0恒成立，故a+b=0…（12分）
由f（x）＜1，得

ax

x-a

＜1即

(a-1)x+a

x-a

＜0…（13分）
若a=1则

1

x-1

＜0，所以x∈（-∞，1）…（14分）
若0＜a＜1，则

x- a 1-a

x-a

＞0且a＜

a

1-a

，所以x∈（-∞，a）∪（

a

1-a

，+∞）…（16分）
若a＞1，则

x- a 1-a

x-a

＜0且a＞

a

1-a

，所以x∈（

a

1-a

，a）…（18分）