问题 解答题
已知函数f(x)=(m+
1
m
)lnx+
1
x
-x
,(其中常数m>0)
(1)当m=2时,求f(x)的极大值;
(2)试讨论f(x)在区间(0,1)上的单调性;
(3)当m∈[3,+∞)时,曲线y=f(x)上总存在相异两点P(x1,f(x1))、Q(x2,f(x2)),使得曲线y=f(x)在点P、Q处的切线互相平行,求x1+x2的取值范围.
答案

(1)当m=2时,f(x)=

5
2
lnx+
1
x
-x

f′(x)=

5
2x
-
1
x2
-1=-
(x-2)(2x-1)
2x2
(x>0)

令f'(x)<0,可得0<x<

1
2
或x>2;令f'(x)>0,可得
1
2
<x<2

∴f(x)在(0,  

1
2
)和(2,+∞)上单调递减,在(
1
2
,  2)
单调递减             

f(x)极大=f(2)=

5
2
ln2-
3
2

(2)f′(x)=

m+
1
m
x
-
1
x2
-1=-
x2-(m+
1
m
)x+1
x2
=-
(x-m)(x-
1
m
)
x2
(x>0,m>0)

①当0<m<1时,则

1
m
>1,故x∈(0,m)∪(
1
m
,  1)
时,f′(x)<0;x∈(m,
1
m
)时,f'(x)>0

此时f(x)在(0,m),(

1
m
,  1)上单调递减,在(m,
1
m
)单调递增;           

②当m=1时,则

1
m
=1,故x∈(0,1),有f′(x)=-
(x-1)2
x2
<0
恒成立,

此时f(x)在(0,1)上单调递减;                  

③当m>1时,则0<

1
m
<1,

x∈(0,  

1
m
)∪(m,1)时,f'(x)<0;x∈(
1
m
,  m)
时,f'(x)>0

此时f(x)在(0,  

1
m
),(m,1)上单调递减,在(
1
m
,  m)
单调递增       

(3)由题意,可得f′(x1)=f′(x2)(x1,x2>0,且x1≠x2

即 

m+
1
m
x1
-
1
x12
-1=
m+
1
m
x2
-
1
x22
-1⇒x1+x2=(m+
1
m
)x1x2

∵x1≠x2,由不等式性质可得x1x2<(

x1+x2
2
)2恒成立,又x1,x2,m>0

x1+x2<(m+

1
m
)(
x1+x2
2
)2x1+x2
4
m+
1
m
对m∈[3,+∞)恒成立      

g(m)=m+

1
m
 (m≥3),则g′(m)=1-
1
m2
=
(m+1)(m-1)
m2
>0
对m∈[3,+∞)恒成立

∴g(m)在[3,+∞)上单调递增,∴g(m)≥g(3)=

10
3

4
m+
1
m
4
g(3)
=
6
5

从而“x1+x2

4
m+
1
m
对m∈[3,+∞)恒成立”等价于“x1+x2
4
g(3)
=
6
5

∴x1+x2的取值范围为(

6
5
,  +∞)

解答题
多项选择题