问题 解答题
已知函数f(x)=ax+lnx,a∈R.
(1)讨论y=f(x)的单调性;(2)若定义在区间D上的函数y=g(x)对于区间D上的任意两个值x1、x2总有不等式
1
2
[g(x1)+g(x2)]≥g(
x1+x2
2
)
成立,则称函数y=g(x)为区间D上的“凹函数”.
试证明:当a=-1时,g(x)=|f(x)|+
1
x
为“凹函数”.
答案

(1)当a=0时,函数f(x)=lnx在(0,+∞)上是增函数;…(1分)

由已知,x∈(0,+∞),f′(x)=a+

1
x
=
ax+1
x
,…(3分)

当a>0时,f'(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上是增函数;…(4分)

当a<0时,解f′(x)=

ax+1
x
>0得0<x<-
1
a
,解f'(x)<0得x>-
1
a

所以函数f(x)在(0,-

1
a
)上是增函数,在(-
1
a
,+∞)
上是减函数.…(5分)

综上,当a≥0时,函数f(x)在(0,+∞)上是增函数;

当a<0时,函数f(x)在(0,-

1
a
)上是增函数,在(-
1
a
,+∞)
上是减函数.

(2)当a=-1时,由(1)知f(x)在(0,+∞)上的最大值为f(1)=-1,即f(x)<0恒成立.

所以g(x)=|f(x)|+

1
x
=-f(x)+
1
x
=
1
x
+x-lnx,x∈(0,+∞).…(6分)

设x1,x2∈(0,+∞),

计算

1
2
[g(x1)+g(x2)]=
1
2
(
1
x1
+x1-lnx1+
1
x2
+x2-lnx2)=
x1+x2
2x1x2
+
x1+x2
2
-ln
x1x2
g(
x1+x2
2
)=
2
x1+x2
+
x1+x2
2
-ln
x1+x2
2

因为

x1+x2
2
x1x2
,所以ln
x1+x2
2
≥ln
x1x2
-ln
x1+x2
2
≤-ln
x1x2
,…(8分)
2
x1+x2
-
x1+x2
2x1x2
=
4x1x2-(x1+x2)2
2x1x2(x1+x2)
=
-(x1-x2)2
2x1x2(x1+x2)
≤0
,所以
2
x1+x2
x1+x2
2x1x2
,…(10分)

所以

1
2
[g(x1)+g(x2)]≥g(
x1+x2
2
),即当a=-1时,g(x)=|f(x)|+
1
x
为“凹函数”.

单项选择题 A1型题
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