已知函数f(x)= 4x-a 1+ x 2 在区间[m,n]上为增函数,
1个回答

(I)若m=0,n=1,由已知函数f(x)=

4x-a

1+ x 2 在区间[0,1]上为增函数,

可得 f′(x)=

4(1 +x 2 )-2x(4x-a)

(1 +x 2 ) 2 =

-2(2 x 2 -ax-2)

(1 +x 2 ) 2 在区间[0,1]上恒正,

故有

f′(0)≥0

f′(1)≥0 ,解得a≥0,故实数a的取值范围为[0,+∞).

(Ⅱ)(i)因为f(n)-f(m)=f(n)+[-f(m)]≥2

f(n)[-f(m)] =2

4 =4,当且仅当f(n)=-f(m)=2时等号成立.

由f(n)=

4n-a

1 +n 2 ,有-a=2(n-1) 2≥0,得a≤0; 由f(m)=

4m-a

1 +m 2 ,有a=2(m+1) 2≥0,得a≥0;(10分)

故f(n)-f(m)取得最小值时,a=0,n=1.

(ii)此时,f′(x 0)=

4(1 -x 0 2 )

(1 +x 0 2 ) 2 ,

f (x 2 )-f (x 1 )

x 2 -x 1 =

4(1 -x 1 •x 2 )

(1 +x 1 2 )(1 +x 2 2 ) ,

由f′(x 0)=

f (x 2 )-f (x 1 )

x 2 -x 1 ,可得

(1 -x 0 2 )

(1 +x 0 2 ) 2 =

1 -x 1 •x 2

(1 +x 1 2 )(1 +x 2 2 ) .

欲证x 1<x 0<x 2,先比较

(1 -x 0 2 )

(1 +x 0 2 ) 2 与

(1 -x 1 2 )

(1 +x 1 2 ) 2 的大小.

由于

(1 -x 0 2 )

(1 +x 0 2 ) 2 -

(1 -x 1 2 )

(1 +x 1 2 ) 2 =

1 -x 1 •x 2

(1 +x 1 2 )(1 +x 2 2 ) -

(1 -x 1 2 )

(1 +x 1 2 ) 2 =

( x 1 -x 2 )( 2x 1 +x 2 -x 1 2 •x 2 )

(1 +x 1 2 )(1 +x 2 2 ) =

( x 1 -x 2 )[ x 1 (2 -x 1 •x 2 ) x 2 ]

(1 +x 1 2 )(1 +x 2 2 ) .

因为0<x 1<x 2<1,所以0<x 1x 2<1,有x 1(2-x 1x 2)+x 2>0,

于是(x 1-x 2)[x 1(2-x 1x 2)+x 2]<0,即

(1 -x 0 2 )

(1 +x 0 2 ) 2 -

(1 -x 1 2 )

(1 +x 1 2 ) 2 <0.

另一方面,

(1 -x 0 2 )

(1 +x 0 2 ) 2 -

(1 -x 1 2 )

(1 +x 1 2 ) 2 =

(x 1 2 -x 0 2 )[ 3 +x 1 2 +x 0 2 -x 1 2 •x 0 2 ]

(1 +x 0 2 )(1 +x 1 2 ) ,

因为0<x 1 2x 0 2<1,所以3+x 1 2+x 0 2-x 1 2x 0 2>0,从而x 1 2-x 0 2<0,即x 1<|x 0|.

同理可证x 0<x 2,因此x 1<|x 0|<x 2