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设函数 f(x)=x3ax2.

  1. 讨论 f(x) 的单调性;
  2. 若对任意 x(0,+), f(x)lnx 恒成立, 求 a 的取值范围;
  3. a=1 时, 若 f(x1)+f(x2)=0, 且 x1x2>0, 证明: f(x1x2)f(1x1)+f(1x2).
解答

  1. f(x)=x(3x2a).

    • a=0, f(x)0, f(x)R 上单增;
    • a>0, 列表容易得到 f(x)(,0),(23a,+) 上单增, 在 (0,23a) 上单减.
    • a<0, 容易得到 f(x)(,23a),(0,+) 上单增, 在 (23a,0) 上单减.
  2. g(x)=f(x)lnx.

    • a1 时, f(x)x3x2. 下面证明 g(x)0. 因为 g(x)=(x1)(3x2+x+1)x, 所以 g(x)(0,1) 上减, 在 (1,+) 上增, 则 g(x)g(1)=0. 说明 a1 满足题意.
    • a>1 时, g(1)=2(1a)<0, 说明 ε>1, g(x)(1,ε) 上单减, g(ε)<g(1)=0, 不符合题意. [1]

    综上, a1.

  3. 证明a=1, f(x)>0 当且仅当 x>1. 如果 x1,x2 都是负数, 则 f(x1)+f(x2)<0, 因此只能有 x1,x2 都是正数. 根据 2, 0=f(x1)+f(x2)lnx1+lnx2=lnx1x2, 所以 x1x21. 从而 f(x1x2)0. 从而 f(1x1)+f(1x2)ln1x1+ln1x2=lnx1x20f(x1x2). 等号成立当且仅当 x1=x2=1.


  1. 如果稳妥起见, 可以把 ε 构造出来. 例如取 t=a+a2+33>1, 则 3t42at21=0, 从而 x(1,t), xf(x)=3x32ax21<3x42ax21<3t42at21=0, 从而 f(x)(1,t) 上单减, f(t)<f(1)=0. ↩︎