问题 解答题
设函数f(x)=alnx+
1
x
,a∈R.
(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)当a>0时,若对任意x>0,不等式f(x)≥2a成立,求a的取值范围;
(Ⅲ)当a<0时,设x1>0,x2>0,试比较f(
x1+x2
2
)与
f(x1)+f(x2)
2
的大小并说明理由.
答案

函数f(x)的定义域为(0,+∞).…(1分)

(Ⅰ)由题意x>0,f′(x)=

a
x
-
1
x2
,…(2分)

(1)当a>0时,

f′(x)=

a
x
-
1
x2
<0,

解得x<

1
a
,函数f(x)的单调递减区间是(0,
1
a
);

f′(x)=

a
x
-
1
x2
>0,

解得x>

1
a
,函数f(x)的单调递增区间是(
1
a
,+∞). …(4分)

(2)当a≤0时,

由于x>0,所以f′(x)=

a
x
-
1
x2
<0恒成立,

函数f(x)的在区间(0,+∞)上单调递减.…(5分)

(Ⅱ)因为对于任意正实数x,不等式f(x)≥2a成立,即2a≤alnx+

1
x
恒成立.

因为a>0,由(Ⅰ)可知

当x=

1
a
时,函数f(x)=alnx+
1
x
有最小值f(
1
a
)=aln
1
a
+a
=a-alna.…(7分)

所以2a≤a-alna,解得0<a≤

1
e

故所求实数a的取值范围是(0,

1
e
].    …(9分)

(Ⅲ)因为f(

x1+x2
2
)=aln
x1+x2
2
+
2
x1+x2

f(x1)+f(x2)
2
=
1
2
(alnx1+
1
x1
+alnx2+
1
x2
)=
1
2
[aln(x1x2)+
x1+x2
x1x2
]=aln
x1x2
+
x1+x2
2x1x2
.…(10分)

所以f(

x1+x2
2
)-
f(x1)+f(x2)
2
=aln
x1+x2
2
+
2
x1+x2
-aln
x1x2
-
x1+x2
2x1x2
=aln
x1+x2
2
x1x2
-
(x1-x2)2
2x1x2(x1+x2)

(1)显然,当x1=x2时,f(

x1+x2
2
)=
f(x1)+f(x2)
2
.       …(11分)

(2)当x1≠x2时,因为x1>0,x2>0,且a<0,

所以x1+x2>2

x1x2

所以

x1+x2
2
x1x2
>1,a•ln
x1+x2
2
x1x2
<0.…(12分)

-

(x1-x2)2
2x1x2(x1+x2)
<0,所以aln
x1+x2
2
x1x2
-
(x1-x2)2
2x1x2(x1+x2)
<0

所以f(

x1+x2
2
)-
f(x1)+f(x2)
2
<0,

即f(

x1+x2
2
)<
f(x1)+f(x2)
2

综上所述,当x1=x2时,f(

x1+x2
2
)=
f(x1)+f(x2)
2
;当x1≠x2时,f(
x1+x2
2
)<
f(x1)+f(x2)
2
.…(14分)

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