Question Number 33815 by rahul 19 last updated on 25/Apr/18
$$\boldsymbol{{L}}{et}\:{f}:{D}\:\rightarrow\:\boldsymbol{{R}}\:{be}\:{defined}\:{as}\: \\ $$$${f}\left({x}\right)\:=\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+{a}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}+\mathrm{3}{a}}\:{where}\:{D}\:{and}\:{R} \\ $$$${denote}\:{the}\:{domain}\:{of}\:\boldsymbol{{f}}\:{and}\:{the}\:{set} \\ $$$${of}\:{all}\:{real}\:{numbers}\:{respectively}. \\ $$$${If}\:{f}\:{is}\:''\:{surjective}\:''\:\:{mapping}\:{then} \\ $$$${the}\:{range}\:{of}\:\boldsymbol{{a}}\:{is}\:? \\ $$$$\left.{a}\right)\:\mathrm{0}\leqslant{a}\leqslant\mathrm{1} \\ $$$$\left.{b}\right)\:\mathrm{0}<{a}\leqslant\mathrm{1} \\ $$$$\left.{c}\right)\:\mathrm{0}<{a}<\mathrm{1} \\ $$$$\left.{d}\right)\:\mathrm{0}\leqslant{a}<\mathrm{1}\: \\ $$
Answered by MJS last updated on 26/Apr/18
$${a}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\:{f}\left({x}\right)=\frac{{x}\left({x}+\mathrm{2}\right)}{{x}\left({x}+\mathrm{4}\right)}=\frac{{x}+\mathrm{2}}{{x}+\mathrm{4}}\wedge{x}\neq\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\Rightarrow\:{f}\left({x}\right)\neq\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\:\mathrm{not}\:\mathrm{surjective} \\ $$$$ \\ $$$${a}=\mathrm{1}\:\Rightarrow\:{f}\left({x}\right)=\frac{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\left({x}+\mathrm{1}\right)\left({x}+\mathrm{3}\right)}=\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{3}}\wedge{x}\neq−\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$\Rightarrow\:{f}\left({x}\right)\neq\mathrm{0}\:\Rightarrow\:\mathrm{not}\:\mathrm{surjective} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{let}'\mathrm{s}\:\mathrm{try}\:\mathrm{something}\:\mathrm{in}\:\mathrm{between} \\ $$$${a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\:{f}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{x}+\mathrm{3}} \\ $$$$\underset{{x}\rightarrow\pm\infty} {\mathrm{lim}}\:{f}\left({x}\right)=\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{question}\:\mathrm{is},\:\exists{x}\in\mathbb{R}\mid{f}\left({x}\right)=\mathrm{1}? \\ $$$$\frac{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{x}+\mathrm{3}}=\mathrm{1}\:\Rightarrow\:{x}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=−{a}\:\left(?\right) \\ $$$$\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+{a}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}+\mathrm{3}{a}}=\mathrm{1}\:\Rightarrow\:{x}=−{a} \\ $$$$\mathrm{so}\:\mathrm{answer}\:\mathrm{c}\:\mathrm{should}\:\mathrm{be}\:\mathrm{right} \\ $$
Commented by rahul 19 last updated on 28/Apr/18
$${so}\:{you}\:{took}\:{one}\:{value}\:{between}\:\mathrm{0\&1}. \\ $$$${what}\:{if}\:{i}\:{take}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:,\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}},{etc}.\: \\ $$$${and}\:{also}\:{tell}\:{how}\:{for}\:{any}\:{value}\:{of} \\ $$$$\mathrm{0}<{a}<\mathrm{1}\:{the}\:{range}\:{is}\:\boldsymbol{\mathrm{R}}\:? \\ $$
Commented by MJS last updated on 28/Apr/18
$$\mathrm{good}\:\mathrm{point} \\ $$$$ \\ $$$$\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+{a}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}+\mathrm{3}{a}}=\frac{\left({x}+\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}−{a}}\right)\left({x}+\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{1}−{a}}\right)}{\left({x}+\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{3}{a}}\right)\left({x}+\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{3}{a}}\right)} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{same}\:\mathrm{problem}\:\mathrm{as}\:\mathrm{with}\:{a}=\mathrm{0}\:\vee\:{a}=\mathrm{1}\:\mathrm{would} \\ $$$$\mathrm{occur}\:\mathrm{only}\:\mathrm{if}\:\mathrm{we}\:\mathrm{can}\:\mathrm{shorten}\:\mathrm{this}\:\mathrm{fraction}. \\ $$$$\mathrm{in}\:\mathrm{this}\:\mathrm{case}: \\ $$$${x}+\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}−{a}}={x}+\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{3}{a}}\:\vee \\ $$$${x}+\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}−{a}}={x}+\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{3}{a}}\:\vee \\ $$$${x}+\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{1}−{a}}={x}+\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{3}{a}}\:\vee \\ $$$${x}+\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{1}−{a}}={x}+\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{3}{a}} \\ $$$$\Rightarrow\:{a}=\mathrm{0}\:\vee\:{a}=\mathrm{1} \\ $$$$\left.\Rightarrow\:\forall{a}\in\right]\mathrm{0};\:\mathrm{1}\left[:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+{a}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}+\mathrm{3}{a}}\in\mathbb{R}\right. \\ $$
Commented by rahul 19 last updated on 29/Apr/18
$$\mathscr{T}\mathrm{hank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}. \\ $$