问题 解答题
已知函数f(x)=
1
1+x
+
1
1+a
+
ax
ax+8
,x∈(0,+∞).
(1)当a=8时,求f(x)的单调区间;
(2)对任意正数a,证明:1<f(x)<2.
答案

(1)、当a=8时,f(x)=

1+
x
1+x
+
1
3
,求得f′(x)=
1-
x
2
x(1+x)3

于是当x∈(0,1]时,f'(x)≥0;而当x∈[1,+∞)时,f'(x)≤0.

即f(x)在(0,1]中单调递增,而在[1,+∞)中单调递减.

(2).对任意给定的a>0,x>0,由f(x)=

1
1+x
+
1
1+a
+
1
1+
8
ax

若令b=

8
ax
,则abx=8①,

f(x)=

1
1+x
+
1
1+a
+
1
1+b

(一)先证f(x)>1;因为

1
1+x
1
1+x
1
1+a
1
1+a
1
1+b
1
1+b

又由2+a+b+x≥2

2a
+2
bx
≥4
42abx
=8,得a+b+x≥6.

所以f(x)=

1
1+x
+
1
1+a
+
1
1+b
1
1+x
+
1
1+a
+
1
1+b

=

3+2(a+b+x)+(ab+ax+bx)
(1+x)(1+a)(1+b)
9+(a+b+x)+(ab+ax+bx)
(1+x)(1+a)(1+b)

=

1+(a+b+x)+(ab+ax+bx)+abx
(1+x)(1+a)(1+b)
=1.

(二)再证f(x)<2;由①、②式中关于x,a,b的对称性,不妨设x≥a≥b.则0<b≤2

(ⅰ)当a+b≥7,则a≥5,所以x≥a≥5,因为

1
1+b
<1,
1
1+x
+
1
1+a
2
1+5
<1
,此时f(x)=
1
1+x
+
1
1+a
+
1
1+b
<2

(ⅱ)当a+b<7③,由①得,x=

8
ab
1
1+x
=
ab
ab+8

因为

1
1+b
<1-
b
1+b
+
b2
4(1+b)2
=[1-
b
2(1+b)
]2

所以

1
1+b
<1-
b
2(1+b)

同理得

1
1+a
<1-
a
2(1+a)
⑤,

于是f(x)<2-

1
2
(
a
1+a
+
b
1+b
-2
ab
ab+8
)⑥

今证明

a
1+a
+
b
1+b
>2
ab
ab+8
⑦,

因为

a
1+a
+
b
1+b
≥2
ab
(1+a)(1+b)

只要证

ab
(1+a)(1+b)
ab
ab+8
,即ab+8>(1+a)(1+b),也即a+b<7,据③,此为显然.

因此⑦得证.故由⑥得f(x)<2.

综上所述,对任何正数a,x,皆有1<f(x)<2.

选择题
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