已知函数f(x)的定义域为(0,+∞),若y=
(Ⅰ)已知函数f(x)=x3-2hx2-hx,若f(x)∈Ω1,且f(x)∉Ω2,求实数h的取值范围; (Ⅱ)已知0<a<b<c,f(x)∈Ω1且f(x)的部分函数值由下表给出,
(Ⅲ)定义集合Φ={f(x)|f(x)∈Ω2,且存在常数k,使得任取x∈(0,+∞),f(x)<k},请问:是否存在常数M,使得∀f(x)∈Φ,∀x∈(0,+∞),有f(x)<M成立?若存在,求出M的最小值;若不存在,说明理由. |
(I)因为f(x)∈Ω1,且f(x)∉Ω2,
即g(x)=
=x2-2hx-h,在(0,+∞)是增函数,所以h≤0 …(2分)f(x) x
而h(x)=
=x-2h-f(x) x2
在(0,+∞)不是增函数,h x
又∵h′(x)=1+
,且h x2
当h(x)是增函数时,有h≥0,所以当h(x)不是增函数时,h<0
综上,得h<0 …(4分)
证明:(Ⅱ) 因为f(x)∈Ω1,且0<a<b<c<a+b+c,
所以
<f(a) a
=f(a+b+c) a+b+c
,所以f(a)=d<4 a+b+c
,4a a+b+c
同理可证f(b)=d<
,f(c)=t<4b a+b+c 4c a+b+c
三式相加得f(a)+f(b)+f(c)=2d+t<
=44(a+b+c) a+b+c
所以2d+t-4<0 …(6分)
因为
<d a
,所以d(d b
)<0 b-a ab
而0<a<b,所以d<0
所以d(2d+t-4)>0 …(8分)
(Ⅲ) 因为集合Φ={f(x)|f(x)∈Ω2,且存在常数k,使得任取x∈(0,+∞),f(x)<k},
所以∀f(x)∈Φ,存在常数k,使得 f(x)<k 对x∈(0,+∞)成立
我们先证明f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立
假设∃x0∈(0,+∞),使得f(x0)>0,
记
=m>0f(x0) x02
因为f(x)是二阶比增函数,即
是增函数.f(x) x2
所以当x>x0时,
>f(x) x2
=m,所以f(x)>mx2f(x0) x02
所以一定可以找到一个x1>x0,使得f(x1)>mx12>k
这与f(x)<k 对x∈(0,+∞)成立矛盾 …(11分)
即f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立
所以∀f(x)∈Φ,f(x)≤0对x∈(0,+∞)成立
下面我们证明f(x)=0在(0,+∞)上无解
假设存在x2>0,使得f(x2)=0,
则因为f(x)是二阶增函数,即
是增函数f(x) x2
一定存在x3>x2>0,使
>f(x3) x32
=0,这与上面证明的结果矛盾f(x2) x22
所以f(x)=0在(0,+∞)上无解
综上,我们得到∀f(x)∈Φ,f(x)<0对x∈(0,+∞)成立
所以存在常数M≥0,使得∀f(x)∈Φ,∀x∈(0,+∞),有f(x)<M成立
又令f(x)=-
(x>0),则f(x)<0对x∈(0,+∞)成立,1 x
又有
=f(x) x2
在(0,+∞)上是增函数,所以f(x)∈Φ,-1 x3
而任取常数k<0,总可以找到一个xn>0,使得x>xn时,有有f(x)>k
所以M的最小值 为0 …(16分)