Question

已知函數(shù)f（x）=，
（Ⅰ）求函數(shù)f（x）的單調(diào)區(qū)間和極值；
（Ⅱ）設(shè)P（x₁，y₁），Q（x₂，y₂）是函數(shù)f（x）圖象上的兩點(diǎn)且x₁＜1，x₂＞1，若直線PQ是函數(shù)f（x）圖象的切線且P、Q都是切點(diǎn)，求證：3＜x₂＜4；（參考數(shù)據(jù)：ln2≈0.6931，ln3≈1.0986）
（Ⅲ）設(shè)函數(shù)g（x）的定義域?yàn)镈，區(qū)間I⊆D，若函數(shù)g（x）在I上可導(dǎo)，對(duì)任意的x₀∈I，g（x）的圖象在（x₀，g（x₀））處的切線為l，函數(shù)g（x）圖象上所有的點(diǎn)都在直線l上方或直線l上，則稱區(qū)間I為函數(shù)g（x）的“下線區(qū)間”．類比上面的定義，請(qǐng)你寫(xiě)出函數(shù)“上線區(qū)間”的定義，并根據(jù)你所給的定義，判斷區(qū)間（-∞，）是否是函數(shù)f（x）的“上線區(qū)間”（不必證明）．

Answer 1

解：（Ⅰ）當(dāng)x≤1時(shí)，由f′（x）=-2x+1=0得x=；
當(dāng)x＞1時(shí)，f′（x）=＞0
列表：

∴f（x）的單調(diào)增區(qū)間為（-∞，），（1，+∞）；
單調(diào)減區(qū)間為（，1）．
f（x）的極大值為f（）=，極小值為f（1）=0．
（Ⅱ）∵x₁＜1∴f′（x₁）=-2x₁+1
∴直線PQ的方程為y-f（x₁）=f′（x₁）（x-x₁）
即y-（-x₁²+x₁）=（-2x₁+1）（x-x₁），y=（-2x₁+1）x+x₁²①
∵x₂＞1∴f′（x₂）=
∴直線PQ的方程為y-f（x₂）=f′（x₂）（x-x₂）
即y-lnx₂=（x-x₂），y=x+lnx₂-1②
∵①②表示同一條直線方程，∴
消去x₁，得[（1-）]²=lnx₂-1，即--4lnx₂+5=0
令φ（x）=--4lnx+5（x＞1），則x₂是φ（x）圖象與x軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)．
∵當(dāng)x＞1時(shí)，φ′（x）=-
∴φ（x）在（1，+∞）上是減函數(shù)
又φ（3）=
φ（4）=
∴3＜x₂＜4
（Ⅲ）設(shè)函數(shù)g（x）的定義域?yàn)镈，區(qū)間I⊆D，若函數(shù)g（x）在I上可導(dǎo)，對(duì)任意的x₀∈I，g（x）的圖象在（x₀，g（x₀））處的切線為l，函數(shù)g（x）圖象上所有的點(diǎn)都在直線l下方或直線l上，則稱區(qū)間I為函數(shù)g（x）的“上線區(qū)間”，
所以（-∞，）不是函數(shù)f（x）的“上線區(qū)間”．
分析：（Ⅰ）分別當(dāng)x小于等于1求出f′（x）=0時(shí)x的值，然后利用x的值和x=1分區(qū)間討論導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)即可得到函數(shù)的單調(diào)區(qū)間，而當(dāng)x大于1時(shí)得到導(dǎo)函數(shù)恒大于0得到函數(shù)的增區(qū)間，根據(jù)函數(shù)的增減性得到函數(shù)的極值即可；
（Ⅱ）當(dāng)x₁＜1時(shí)求出f′（x₁）即為直線PQ的斜率，根據(jù)直線PQ過(guò)（x₁，f（x₁））和求出的f′（x₁）值寫(xiě)出直線PQ的方程①，當(dāng)x₂＞1時(shí)求出f′（x₂）即為直線PQ的斜率，根據(jù)直線PQ過(guò)（x₂，f（x₂））和求出的f′（x₂）的值寫(xiě)出直線PQ的方程②，因?yàn)閮蓷l直線表示同一條直線，所以聯(lián)立①②消去x₁，得到關(guān)于x₂的關(guān)系式，令φ（x）等于這個(gè)關(guān)系式，則x₂是φ（x）圖象與x軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)．當(dāng)x大于1時(shí)求出φ′（x）判斷其值小于0即φ（x）為減函數(shù)，因?yàn)棣眨?）大于0，而φ（4）小于0，所以3＜x₂＜4得證；
（Ⅲ）由（Ⅱ）可知-2x₁+1=∈（，），∴x₁∈（，），再結(jié)合f（x）圖象得結(jié)論．
點(diǎn)評(píng)：本題要求學(xué)生會(huì)根據(jù)導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)得到函數(shù)的單調(diào)區(qū)間以及會(huì)根據(jù)函數(shù)的增減性得到函數(shù)的極值，在實(shí)際問(wèn)題中掌握導(dǎo)數(shù)所表示的意義，是一道中檔題．