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已知函数 f(x)=lnx2x+ax+b(x1)3.

  1. b=0, 且 f(x)0, 求 a 的最小值;
  2. 证明:函数 y=f(x) 的图像是中心对称图形;
  3. f(x)>2 当且仅当 1<x<2, 求 b 的取值范围.
解答

首先明确 f 的定义域是 (0,2).

  1. 此时f(x)=2x(2x)+a0,0<x<2.
    x(2x)(x+(2x)2)2=1(=x=1), 因此只需要 f(1)=2+a0amin=2.

  2. 证明 注意到f(1t)+f(1+t)=ln(1t1+t1+t1t)+a[(1t)+(1+t)]+b(t3+t3)=2a,
    且定义域 (0,2) 关于 x=1 对称,因此 f(x) 的图像是以 (1,a) 为对称中心的中心对称图形.

  3. 由题意,f(x)>21<x<2, 因此 f(x)20<x<1. 由 f 的连续性可知 f(1)=2a=2. 这样,结合 2, "f(x)>2 当且仅当 1<x<2" 等价于 f(x)>21<x<2 时恒成立.

    • b<23, 注意到f(x)=2x(2x)2+3b(x1)2,f(x)=2(x1)[2x2(2x)2+3b],
      不难验证在 x(1,1+ε)f(x)<0, 其中 ε=123b(0,1), 进而在 (1,1+ε)f(x)<f(1)=0, 进而 f(1+ε)<f(1)=2, 不合题意.
    • b23, 由上一种情形知f(x)2(x1)(2+3b)0,1<x<2,
      因此f(x)f(1)=0,f(x)f(1)=2,成立!

    综上,b23.