问题 解答题

已知函数f(x)=2lnx-x2-ax(a∈R).

(1)求函数f(x)的单调区间;

(2)如果函数f(x)有两个不同的零点x1,x2且x1<x2,证明:对满足p+q=1,p≤q的任意正常数,f′(px1+qx2)<0恒成立.

答案

(1)函数的定义域为(0,+∞),则f′(x)=

2
x
-2x-a=-
2x2+ax-2
x
,令f'(x)=0,解得

x3=

-a-
a2+16
4
<0,x4=
-a+
a2+16
4
>0
,所以当0<x<x4时,f'(x)>0,此时函数单调递增.

当x>x4时,f'(x)<0,此时函数单调递减.

所以函数的单调递增区间为(0,

-a+
a2+16
4
),单调递减区间为[
-a+
a2+16
4
,+∞)

(2)因为函数f(x)有两个不同的零点x1,x2且x1<x2,所以

2lnx1-
x21
-ax1=0
2lnx2-
x22
-ax2=0
,两式相减得a=
2(lnx1-lnx2)
x1-x2
-(x1+x2)

因为f′(x)=

2
x
-2x-a=-
2x2+ax-2
x

所以f′(px1+qx2)=

2
px1+qx2
-2(px1+qx2)-[
2(ln⁡x1-ln⁡x2)
x1-x2
-(x1+x2)]

=

2
px1+qx2
-
2(lnx1-lnx2)
x1-x2
+(2p-1)(x2-x1),

因为2p≤p+q=1,x2>x1,所以(2p-1)(x2-x1)≤0,要证f′(px1+qx2)<0,只要证明

2
px1+qx2
-
2(lnx1-lnx2)
x1-x2
<0即可,即只要证明
x2-x1
px1+qx2
+ln
x1
x2
<0
即可.

x1
x2
=t,0<t<1,即只要证明g(t)=
1-t
pt+q
+ln⁡t<0在0<t<1
上恒成立即可.g′(t)=
-1×(pt+q)-(1-t)p
(pt+q)2
+
1
t
=-
1
(pt+q)2
+
1
t
=
p2(t-1)(t-
q2
p2
)
t(pt+q)2

因为p+q=1,0<p≤q,所以

q
p
≥1,
q2
p2
≥1,所以当0<t<1时,t-1<0,t-
q2
p2
<0

所以g'(x)<0,所以函数g(t)在(0,1)上为增函数,所以g(t)<g(1)=0.

所以

x2-x1
px1+qx2
+ln
x1
x2
<0,故所证明的不等式成立.

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