问题 解答题
设函数f(x)=x2-2(-1)klnx(k∈N+).
(Ⅰ)求函数f(x)的单调递增区间;
(Ⅱ)设函数g(x)=2bx-
1
x2
在(0,1]上是增函数,且对于(0,1]内的任意实数x1,x2当k为偶数时,恒有f(x1)≥g(x2)成立,求实数b的取值范围;
(Ⅲ)当k是偶数时,函数h(x)=f′(x)-x+
3
x
,求证:[h(x)]n+2≥h(xn)+2n(n∈N+).
答案

由已知,得函数f(x)的定义域为(0,+∞).(1分)

(Ⅰ)当k为偶数时,f(x)=x2-2lnx,则f′(x)=2x-

2
x
=
2(x2-1)
x

又x>0,f'(x)≥0,即x2-1≥0,得x≥1,

所以此时函数f(x)的单调递增区间为[1,+∞).

当k为奇数时,f(x)=x2+2lnx,

f′(x)=2x+

2
x
=
2(x2+1)
x
≥0在定义域内恒成立,

所以此时函数f(x)的单调增区间为(0,+∞).(4分)

(Ⅱ)∵函数g(x)=2bx-

1
x2
在(0,1]上是增函数

g′(x)=2b+

2
x3
≥0在(0,1]上恒成立,

b≥-

1
x3
在(0,1]上恒成立,

b≥(-

1
x3
)max=-1,

∴b≥-1.①(6分)

由(Ⅰ)可知当k为偶数时,f'(x)≤0得0<x≤1,即f(x)在(0,1]为减函数,

∴f(x)min=f(1)=1.

又∵对于(0,1]内的任意实数x1,x2

当k为偶数时,恒有f(x1)≥g(x2)成立,

∴1≥g(x)max=g(1),即1≥2b-1,所以b≤1,②

由①②得-1≤b≤1.(8分)

(Ⅲ)由(Ⅰ)可知,h(x)=x+

1
x
,即证(x+
1
x
)n+2≥xn+
1
xn
+2n
,(9分)

由二项式定理(x+

1
x
)n=
C0n
xn+
C1n
xn-1
1
x
+
C2n
xn-2
1
x2
++
Cn-1n
x
1
xn-1
+
Cnn
1
xn

=

C0n
xn+
C1n
xn-2+
C2n
xn-4++
Cn-1n
x2-n+
Cnn
1
xn

即证Cn1xn-2+Cn2xn-4++Cnn-1x2-n≥2n-2.(10分)

设Sn=Cn1xn-2+Cn2xn-4++Cnn-1x2-n

则Sn=Cn1x2-n+Cn2x4-n++Cnn-1xn-2

两式相加得2Sn=

C1n
(xn-2+
1
xn-2
)+
C2n
(xn-4+
1
xn-4
)++
Cn-1n
(x2-n+
1
x2-n
)≥2(Cn1+Cn2++Cnn-1)=2(2n-2),

即Sn≥2n-2,所以原不等式得证..(12分)

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