问题 解答题
已知函数f(x)=
x 2+ax+a
x
,且a<1.
(1)当x∈[1,+∞)时,判断f(x)的单调性并证明;
(2)在(1)的条件下,若m满足f(3m)>f(5-2m),试确定m的取值范围.
(3)设函数g(x)=x•f(x)+|x2-1|+(k-a)x-a,k为常数.若关于x的方程g(x)=0在(0,2)上有两个解x1,x2,求k的取值范围,并比较
1
x1
+
1
x2
与4的大小.
答案

(1)由题得:f(x)=x+

a
x
+a,设1≤x1<x2

f(x1)-f(x2)=(x1+

a
x1
+a)-(x2+
a
x2
+a)=x1-x2+
a
x1
-
a
x2

=(x1-x2

(x1x2-a)
x1x2

∵1≤x1<x2,∴x1-x2<0,x1x2>1,又a<1,得x1x2-a>0

∴f(x1)-f(x2)<0,即f(x)在[1,+∞)上为增函数.

(2)由(1)得:f(x)在[1,+∞)上为增函数,

要满足f(5-2m)<f(3m)

只要1≤5-2m<3m,

∴m的取值范围为:1<m≤2.

(3)g(x)=x•f(x)+|x2-1|+(k-a)x-a=x2+kx+|x2-1|

g(x)=0在(0,2)上有两个解x1,x2,不妨设0<x1<x2<2,

g(x)=

kx+1,0<x≤1
2x2+kx-1,1<x<2

所以g(x)在(0,1]是单调函数,

故g(x)=0在(0,1]上至多一个解,

若1<x1<x2<2,则x1x2=-

1
2
<0,

故不符题意,

因此0<x1≤1<x2<2.

由g(x1)=0得k=-

1
x1
,所以k≤-1;

由g(x2)=0得k=

1
x2
-2x2,所以-
7
2
<k<-1;

故当-

7
2
<k<-1时,方程g(x)=0在(0,2)上有两个解.

方法一:因为0<x1≤1<x2<2,

所以k=-

1
x1
,2x22+kx2-1=0

消去k得2x1x22-x1-x2=0

1
x1
+
1
x2
=2x2,因为x2<2,

所以

1
x1
+
1
x2
<4.

方法二:由g(x1)=0得x1=-

1
k,

由2x2+kx-1=0得x=

-k±
k2+8
4

因为x2∈(1,2),所以x2=

-k+
k2+8
4

1
x1
+
1
x2
=-k+
-k+
k2+8
4
=
1
2
(
k2+8
-k)

而y=

1
2
(
k2+8
-k)=
4
k2+8​
+k
(-
7
2
,-1)
上是减函数,

1
2
(
k2+8
-k)<
1
2
(
(-
7
2
)
2
+8
+
7
2
)
=4.

因此,

1
x1
+
1
x2
<4.

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