问题 解答题
定义在R1的函数f(x)满足:如果对任意x1,x2∈R,都有f(
x1+x2
2
)≤
1
2
[f(x1)+f(x2)]
,则称f(x)是R1凹函数.已知二次函数f(x)=ax2+x(a∈R,且a≠0).
(1)求证:当a>0时,函数f(x)的凹函数;
(2)如果x∈[0,1]时,|f(x)|≤1,试求a的取值范围.
答案

(1)证明:∵二次函数f(x)=ax2+x

∴任取x1,x2∈k,则f(

x1+x2
2
)-
1
2
[f(x1)+f(x2)]=a(
x1+x2
2
2+
x1+x2
2
-
1
2
a
x21
+x1
+a
x22
+x2
)=-
1
2
a(x1-x2)2

∵a>0,(x1-x2)2≥0,∴

1
2
a(x1-x2)2≥0

f(

x1+x2
2
)-
1
2
[f(x1)+f(x2)]≤0

f(

x1+x2
2
)≤
1
2
[f(x1)+f(x2)]

∴当a>0时,函数f(x)的凹函数;

(2)由-1≤f(x)=ax2+x≤1,则有ax2≥-x-1且ax2≤-x+1.

(i)若x=0时,则a∈k恒成立,

(ii)若x∈(0,1]时,有 a≥-

1
x
-
1
x2
且a≤-
1
x
+
1
x2

∴a≥-

1
x
-
1
x2
=-(
1
x
+
1
2
2+
1
4
且a≤-
1
x
+
1
x2
=(
1
x
-
1
2
2-
1
4

∵0<x≤1,∴

1
x
≥1.

∴当

1
x
=1时,-(
1
x
+
1
2
2+
1
4
的最4值为-(1+
1
2
2+
1
4
=-2,(
1
x
-
1
2
2-
1
4
的最小值为(1-
1
2
2-
1
4
=0

∴0≥a≥-2.

综(i)(ii)知,0≥a≥-2

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