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已知函数 f(x)=|lnx|+ax(a0).

  1. a=1, 求 f(x) 的最小值;
  2. 讨论 f(x) 的单调性;
  3. f(x) 有且仅有三个不同零点为 x1,x2,x3, 证明: x1+x2+x3>2a24a+11a.
解答

由题意, f(x)={lnx+ax,0<x<1,lnx+ax,x1, 从而 f(x)={x+ax2,0<x<1,xax2,x1.

  1. a=1, 0<x<1f(x)<0; x1f(x)>0, 所以 f(x) 的最小值为 f(1)=1.
    • a1, f(x)(0,a) 上减, 在 (a,+) 上增;
    • 0a<1, f(x)(0,1) 上减, 在 (1,+) 上增;
    • 1<a<0, f(x)(0,a),(1,+) 上增, 在 (a,1) 上减;
    • a1, f(x)(0,+) 上增.
  2. 证明 不妨设 x1<x2<x3. f(x) 要有三个零点, 意味着至少有两个极值点, 所以由 21<a<0, 且 x1<a<x2<1<x3.
    首先由 f(x1)=f(x2)=0, 有 lnx1lnx2=ax1ax2x1x2lnx1lnx2=x1x2a. 由对数均值不等式有 x1x2<x1x2lnx1lnx2=x1x2a=<x1+x22,x1+x2>2x1x2>2a. 这和右边已经很接近了. 再考虑估计 x3: 0=lnx3+ax3<x31+ax3x3>1+14a2. 所以只需要证明 x1+x2+x3>2a+1+14a2>2a24a+11a14a>12a1a14a>14a1a+4a2(1a)2a1a>a(1a)21a>1, 从而得证.