Question

已知x＞0，函數(shù)f(x)=lnx-

ax

x+1

（1）當(dāng)a≥0時(shí)，討論函數(shù)f（x）的單調(diào)性；
（2）當(dāng)f（x）有兩個(gè)極值點(diǎn)（設(shè)為x₁和x₂）時(shí)，求證：f(x1)+f(x2)≥

x+1

x

•[f(x)-x+1]．

Answer 1

分析：（1）先求出函數(shù)的定義域，然后求出導(dǎo)函數(shù)，設(shè)g（x）=x²-（a-2）x+1，二次方程g（x）=0的判別式△=a²-4a，然后討論△的正負(fù)，再進(jìn)一步考慮導(dǎo)函數(shù)的符號(hào)，從而求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間；
（2）對(duì)f（x）求導(dǎo)數(shù)，由f′（x）=0有兩個(gè)不同的根x₁，x₂，利用判別式和根與系數(shù)的關(guān)系得到x₁x₂=1，由x₁、x₂的關(guān)系，則f（x₁）+f（x₂）=-a，又由-a=

x+1

x

•[f(x)-lnx]，將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為lnx≤x-1即可，令g（x）=lnx-x+1，利用導(dǎo)數(shù)求出g（x）的最大值即得證．

解答：解：（1）∵f′(x)=

1

x

-

a

(x+1)2

=

x2-(a-2)x+1

x(x+1)2

，
x＞0，設(shè)g（x）=x²-（a-2）x+1
當(dāng)△=a²-4a≤0，即0≤a≤4時(shí)，在（0，+∞）上，f′（x）≥0恒成立，
此時(shí)f（x）在（0，+∞）上單調(diào)遞增；
當(dāng)△=a²-4a＞0，即a＞4時(shí)，方程x²-（a-2）x+1=0有兩個(gè)解不相等的實(shí)數(shù)根：
x1=

(a-2)- (a-2)2-4

2

，x2=

(a-2)+ (a-2)2-4

2

，顯然0＜x₁＜x₂，
∵當(dāng)x∈（0，x₁）或x∈（x₂，+∞）時(shí)，f′（x）＞0；
當(dāng)x∈（x₁，x₂）時(shí)，f′（x）＜0；
∴函數(shù)f（x）在(

a-2- a2-4a

2

，

a-2+ a2-4a

2

)上單調(diào)遞減，
在(0，

a-2- a2-4a

2

)和(

a-2+ a2-4a

2

，+∞)上單調(diào)遞增．
（2）∵x₁，x₂是f（x）的兩個(gè)極值點(diǎn)，
故滿(mǎn)足方程f′（x）=0，
即x₁，x₂是x²-（a-2）x+1=0的兩個(gè)解，
∴x₁x₂=1，
∵f(x1)+f(x2)=lnx1-

ax1

x1+1

+lnx2-

ax2

x2+1

=ln(x1x2)-

a(2x1x2+x1+x2)

x1x2+x1+x2+1

=-a
而在f(x)=lnx-

ax

x+1

中，-a=

x+1

x

•[f(x)-lnx]
因此，要證明f(x1)+f(x2)≥

x+1

x

•[f(x)-x+1]，
等價(jià)于證明

x+1

x

•[f(x)-lnx]≥

x+1

x

•[f(x)-x+1]
注意到x＞0，只需證明f（x）-lnx≥f（x）-x+1
即證lnx≤x-1
令g（x）=lnx-x+1，則g′(x)=

1

x

-1=

1-x

x

，
當(dāng)x∈（0，1）時(shí)，g'（x）＞0，函數(shù)g（x）在（0，1）上單調(diào)遞增；
當(dāng)x∈（1，+∞）時(shí)，g'（x）＜0，函數(shù)g（x）在（1，+∞）上單調(diào)遞減；
因此g（x）_max=g（1）=ln1-x+1=0，從而g（x）≤0，即lnx≤x-1，原不等式得證．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性，同時(shí)考查了轉(zhuǎn)化的能力和分類(lèi)討論的數(shù)學(xué)思想，屬于難題．