Question

已知函數(shù)f（x）=，
（Ⅰ）求函數(shù)f（x）的單調區(qū)間和極值；
（Ⅱ）設P（x₁，y₁），Q（x₂，y₂）是函數(shù)f（x）圖象上的兩點且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，求證：3＜x₂＜4；（參考數(shù)據(jù)：ln2≈0.6931，ln3≈1.0986）
（Ⅲ）設函數(shù)g（x）的定義域為D，區(qū)間I⊆D，若函數(shù)g（x）在I上可導，對任意的x∈I，g（x）的圖象在（x，g（x））處的切線為l，函數(shù)g（x）圖象上所有的點都在直線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，請你寫出函數(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

【答案】分析：（Ⅰ）分別當x小于等于1求出f′（x）=0時x的值，然后利用x的值和x=1分區(qū)間討論導函數(shù)的正負即可得到函數(shù)的單調區(qū)間，而當x大于1時得到導函數(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x₁＜1時求出f′（x₁）即為直線PQ的斜率，根據(jù)直線PQ過（x₁，f（x₁））和求出的f′（x₁）值寫出直線PQ的方程①，當x₂＞1時求出f′（x₂）即為直線PQ的斜率，根據(jù)直線PQ過（x₂，f（x₂））和求出的f′（x₂）的值寫出直線PQ的方程②，因為兩條直線表示同一條直線，所以聯(lián)立①②消去x₁，得到關于x₂的關系式，令φ（x）等于這個關系式，則x₂是φ（x）圖象與x軸交點的橫坐標．當x大于1時求出φ′（x）判斷其值小于0即φ（x）為減函數(shù)，因為φ（3）大于0，而φ（4）小于0，所以3＜x₂＜4得證；
（Ⅲ）由（Ⅱ）可知-2x₁+1=∈（，），∴x₁∈（，），再結合f（x）圖象得結論．
解答：解：（Ⅰ）當x≤1時，由f′（x）=-2x+1=0得x=；
當x＞1時，f′（x）=＞0
列表：

∴f（x）的單調增區(qū)間為（-∞，），（1，+∞）；
單調減區(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軸交點的橫坐標．
∵當x＞1時，φ′（x）=-
∴φ（x）在（1，+∞）上是減函數(shù)
又φ（3）=
φ（4）=
∴3＜x₂＜4
（Ⅲ）設函數(shù)g（x）的定義域為D，區(qū)間I⊆D，若函數(shù)g（x）在I上可導，對任意的x∈I，g（x）的圖象在（x，g（x））處的切線為l，函數(shù)g（x）圖象上所有的點都在直線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”．
點評：本題要求學生會根據(jù)導函數(shù)的正負得到函數(shù)的單調區(qū)間以及會根據(jù)函數(shù)的增減性得到函數(shù)的極值，在實際問題中掌握導數(shù)所表示的意義，是一道中檔題．