问题 解答题
已知函数ϕ(x)=
a
x+1
,a为正常数.
(1)若f(x)=lnx+φ(x),且a=
9
2
,求函数f(x)的单调增区间;
(2)在(1)中当a=0时,函数y=f(x)的图象上任意不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点为C(x0,y0),记直线AB的斜率为k,试证明:k>f'(x0).
(3)若g(x)=|lnx|+φ(x),且对任意的x1,x2∈(0,2],x1≠x2,都有
g(x2)-g(x1)
x2-x1
<-1
,求a的取值范围.
答案

(1)f′(x)=

1
x
-
a
(x+1)2
=
x2+(2-a)x+1
x(x+1)2

∵a=

9
2
,令f'(x)>0得x>2或0<x<
1
2

∴函数f(x)的单调增区间为(0,

1
2
),(2,+∞);

(2)证明:当a=0时f(x)=lnx

f′(x)=

1
x

f′(x0)=

1
x0
=
2
x1+x2

k=

f(x2)-f(x1)
x2-x1
=
lnx2-lnx1
x2-x1
=
ln
x2
x1
x2-x1

不妨设x2>x1,要比较k与f'(x0)的大小,

即比较

ln
x2
x1
x2-x1
2
x1+x2
的大小,

又∵x2>x1

∴即比较ln

x2
x1
2(x2-x1)
x1+x2
=
2(
x2
x1
-1)
x2
x1
+1
的大小.

h(x)=lnx-

2(x-1)
x+1
(x≥1),

h′(x)=

1
x
-
4
(x+1)2
=
(x-1)2
x(x+1)2
≥0

∴h(x)在[1,+∞)上位增函数.

x2
x1
>1,

h(

x2
x1
)>h(1)=0,

ln

x2
x1
2(
x2
x1
-1)
x2
x1
+1

即k>f'(x0);

(3)∵

g(x2)-g(x1)
x2-x1
<-1,

g(x2)+x2-[g(x1)+x1]
x2-x1
<0

由题意得F(x)=g(x)+x在区间(0,2]上是减函数.

1°当1≤x≤2,F(x)=lnx+

a
x+1
+x,

F′(x)=

1
x
-
a
(x+1)2
+1

F′(x)≤0⇒a≥

(x+1)2
x
+(x+1)2=x2+3x+
1
x
+3在x∈[1,2]恒成立.

设m(x)=x2+3x+

1
x
+3,x∈[1,2],则m′(x)=2x-
1
x2
+3>0

∴m(x)在[1,2]上为增函数,

a≥m(2)=

27
2

2°当0<x<1,F(x)=-lnx+

a
x+1
+x,

F′(x)=-

1
x
-
a
(x+1)2
+1

F′(x)≤0⇒a≥-

(x+1)2
x
+(x+1)2=x2+x-
1
x
-1在x∈(0,1)恒成立

设t(x)=x2+x-

1
x
-1,x∈(0,1)为增函数

∴a≥t(1)=0

综上:a的取值范围为a≥

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2

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