已知函数f(x)=
(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)=
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(I)若m=0,n=1,由已知函数f(x)=
在区间[0,1]上为增函数,4x-a 1+x2
可得 f′(x)=
=4(1+x2)-2x(4x-a) (1+x2)2
在区间[0,1]上恒正,-2(2x2-ax-2) (1+x2)2
故有
,解得a≥0,故实数a的取值范围为[0,+∞).f′(0)≥0 f′(1)≥0
(Ⅱ)(i)因为f(n)-f(m)=f(n)+[-f(m)]≥2
=2f(n)[-f(m)]
=4,当且仅当f(n)=-f(m)=2时等号成立.4
由f(n)=
,有-a=2(n-1)2≥0,得a≤0; 由f(m)=4n-a 1+n2
,有a=2(m+1)2≥0,得a≥0;(10分)4m-a 1+m2
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)=
,可得 f(x2)-f(x1) x2-x1
=(1-x02) (1+x02)2
.1-x1•x2 (1+x12)(1+x22)
欲证x1<x0<x2,先比较
与 (1-x02) (1+x02)2
的大小.(1-x12) (1+x12)2
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
<0.(1-x12) (1+x12)2
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.