问题 解答题
已知函数f(x)=
x2
2
+a3ln(x-a-a2)
,a∈R且a≠0.
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)当a<0时,若a2+a<x1x2a2-a,证明:
f(x2)-f(x1)
x2-x1
a2
2
-a
答案

(1)由题意,可得f'(x)=x+

a3
x-a-a2
=
x2-(a+a2)x+a3
x-a-a2
=
(x -a)(x-a2)
x-a-a2
.…(2分)

令f'(x)>0,因为x-a-a2>0故(x-a)(x-a2)>0.

当a>0时,因为a+a2>a且a+a2>a2,所以上不等式的解为(a+a2,+∞),

因此,此时函数f(x)在(a+a2,+∞)上单调递增.…(4分)

当a<0时,因为a<a+a2<a2,所以上不等式的解为(a2,+∞),

从而此时函数f(x)在(a2,+∞)上单调递增,同理此时f(x)在(a+a2<a2)上单调递减.…(6分)

(2)要证原不等式成立,只须证明f(x2)-f(x1)<(x2-x1)(

1
2
a2-a),

只须证明f(x2)-(

1
2
a2-a)x2<f(x1)-(
1
2
a2-a
)x1

因为a2+a<x1x2a2-a

所以原不等式等价于函数h(x)=f(x)-(

1
2
a2-a)x在区间(a2+a,a2-a)内单调递减.…(8分)

由(1)知h'(x)=x-(

1
2
a2-a)+
a3
x-a-a2
=
x2-
3
2
a2x+
a4
2
+
a3
2
-a2
x-a-a2

因为x-a-a2>0,所以考察函数g(x)=x2-

3
2
a2x+
a4
2
+
a3
2
-a2,x∈[a2+a,a2-a].

a2+a+a2-a
2
=a2
3a2
4
,且g(x)图象的对称轴x=
3a2
4
∈[a2+a,a2-a],

∴g(x)≤g(a2-a)=0.…(10分)

从而可得h'(x)<0在x∈[a2+a,a2-a]上恒成立,

所以函数h(x)=f(x)-(

1
2
a2-a)x在(a2+a,a2-a)内单调递减.

从而可得原命题成立    …(12分)

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