问题 解答题
已知函数f(x)=
4x-a
1+x2
在区间[m,n]上为增函数,
(I)若m=0,n=1时,求实数a的取值范围;
(Ⅱ)若f(m)f(n)=-4.则当f(n)-f(m)取最小值时,
(i)求实数a的值;
(ii)若P(x1,y1),Q(x2,y2)(a<x1<x2<n)是f(x)图象上的两点,且存在实数x0∈(a,n)使得f′(x0)=
f(x2)-f(x1)
x2-x1
,证明:x1<x0<x2
答案

(I)若m=0,n=1,由已知函数f(x)=

4x-a
1+x2
  在区间[0,1]上为增函数,

可得 f′(x)=

4(1+x2)-2x(4x-a)
(1+x2)2
=
-2(2x2-ax-2)
(1+x2)2
 在区间[0,1]上恒正,

故有

f′(0)≥0
f′(1)≥0
,解得a≥0,故实数a的取值范围为[0,+∞).

(Ⅱ)(i)因为f(n)-f(m)=f(n)+[-f(m)]≥2

f(n)[-f(m)]
=2
4
=4,当且仅当f(n)=-f(m)=2时等号成立.

由f(n)=

4n-a
1+n2
,有-a=2(n-1)2≥0,得a≤0; 由f(m)=
4m-a
1+m2
,有a=2(m+1)2≥0,得a≥0;(10分)

故f(n)-f(m)取得最小值时,a=0,n=1.

(ii)此时,f′(x0)=

4(1-x02)
(1+x02)2
f(x2)-f(x1)
x2-x1
=
4(1-x1•x2)
(1+x12)(1+x22)

由f′(x0)=

f(x2)-f(x1)
x2-x1
,可得
(1-x02)
(1+x02)2
=
1-x1•x2
(1+x12)(1+x22)

欲证x1<x0<x2,先比较

(1-x02)
(1+x02)2
 与
(1-x12)
(1+x12)2
 的大小.

由于 

(1-x02)
(1+x02)2
-
(1-x12)
(1+x12)2
=
1-x1•x2
(1+x12)(1+x22)
-
(1-x12)
(1+x12)2
=
(x1-x2)(2x1+x2-x12 •x2)
(1+x12)(1+x22)
=
(x1-x2)[x1(2-x1•x2) x2]
(1+x12)(1+x22)

因为0<x1<x2<1,所以0<x1x2<1,有x1(2-x1x2)+x2>0,

于是(x1-x2)[x1(2-x1x2)+x2]<0,即

(1-x02)
(1+x02)2
-
(1-x12)
(1+x12)2
<0.

另一方面,

(1-x02)
(1+x02)2
-
(1-x12)
(1+x12)2
=
(x12-x02)[ 3+x12+x02-x12•x02]
(1+x02)(1+x12)

因为0<x12x02<1,所以3+x12+x02-x12x02>0,从而x12-x02<0,即x1<|x0|.

同理可证x0<x2,因此x1<|x0|<x2

口算题
判断题