已知函数 $ f\left(x\right)=\left(a+1\right)\ln x+ax^2+1 $.
【难度】
【出处】
2010年高考辽宁卷(文)
【标注】
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讨论函数 $ f\left(x\right) $ 的单调性;标注答案解析$ f\left(x\right) $ 的定义域为 $\left(0,+ \infty \right) $,\[\begin{split}f'\left(x\right) & = \dfrac{a + 1}{x} + 2ax = \dfrac{{2a{x^2} + a + 1}}{x}.\end{split}\]当 $ a\geqslant 0 $ 时,$f'\left(x\right) >0$,故 $ f\left(x\right) $ 在 $\left(0,+ \infty \right) $ 单调递增;
当 $ a\leqslant -1 $ 时,$f'\left(x\right) <0$,故 $ f\left(x\right) $ 在 $\left(0,+ \infty \right) $ 单调递减;
当 $ -1<a<0 $ 时,令 $f'\left(x\right)=0$,解得\[x= \sqrt { - \dfrac{a + 1}{2a}} .\]当 $x\in \left(0, \sqrt { - \dfrac{a + 1}{2a}} \right) $ 时,$f'\left(x\right) >0$;$x\in \left({\sqrt { - \dfrac{a + 1}{2a}} },+ \infty \right) $ 时,$f'\left(x\right) <0$,
故 $ f\left(x\right) $ 在 $\left(0, \sqrt { - \dfrac{a + 1}{2a}} \right) $ 单调递增,在 $ \left(\sqrt { - \dfrac{a + 1}{2a}} ,+ \infty \right) $ 单调减递. -
设 $ a\leqslant -2 $,证明:对任意 $ x_{1},x_{2} \in \left(0,+\infty \right) $,$ |f\left(x_{1}\right)-f\left(x_{2}\right)|\geqslant 4|x_{1}-x_{2}| $.标注答案解析不妨设 $ x_{1}\geqslant x_{2} $.由于 $ a\leqslant -2 $,故 $ f\left(x\right) $ 在 $\left(0,+ \infty \right) $ 单调递减.
所以 $\left| {f\left({x_1}\right) - f\left({x_2}\right)} \right| \geqslant 4\left| {{x_1} - {x_2}} \right|$ 等价于\[f\left({x_2}\right) - f\left({x_1}\right) \geqslant 4x_{1}-4x_{2},\]即\[f\left(x_{2}\right)+ 4x_{2}\geqslant f\left(x_{1}\right)+ 4x_{1}.\]令 $ g\left(x\right)=f\left(x\right)+4x $,则\[\begin{split}g'\left(x\right) & = \dfrac{a + 1}{x} + 2ax +4
= \dfrac{{2a{x^2} + 4x + a + 1}}{x}.\end{split}\]于是\[\begin{split}g'\left(x\right) & \leqslant \dfrac{{ - 4{x^2} + 4x - 1}}{x} = \dfrac{{ - {{\left(2x - 1\right)}^2}}}{x} \leqslant 0.\end{split}\]从而 $ g\left(x\right) $ 在 $\left(0,+ \infty \right) $ 单调递减,故 $g\left(x_{1}\right) \leqslant g\left(x_{2}\right)$,即\[ f\left(x_{1}\right)+ 4x_{1}\leqslant f\left(x_{2}\right)+ 4x_{2}, \]故对任意 $x_{1},x_{2}\in \left(0,+ \infty \right) $,$\left| {f\left({x_1}\right) - f\left({x_2}\right)} \right| \geqslant 4\left| {{x_1} - {x_2}} \right|$.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2