Question

設(shè)f(x)是定義在區(qū)間(1，＋∞)上的函數(shù)，其導(dǎo)函數(shù)為f′(x)．如果存在實(shí)數(shù)a和函數(shù)h(x)，其中h(x)對任意的x∈(1，＋∞)都有h(x)＞0，使得f′(x)＝h(x)(x²－ax＋1)，則稱函數(shù)f(x)具有性質(zhì)P(a)．
(1)設(shè)函數(shù)f(x)＝ln x＋ (x＞1)，其中b為實(shí)數(shù)．
①求證：函數(shù)f(x)具有性質(zhì)P(b)；
②求函數(shù)f(x)的單調(diào)區(qū)間；
(2)已知函數(shù)g(x)具有性質(zhì)P(2)．給定x₁，x₂∈(1，＋∞)，x₁＜x₂，設(shè)m為實(shí)數(shù)，α＝mx₁＋(1－m)x₂，β＝(1－m)x₁＋mx₂，且α＞1，β＞1，若|g(α)－g(β)|＜|g(x₁)－g(x₂)|，求m的取值范圍．

Answer 1

（1）當(dāng)b≤2時(shí)，函數(shù)f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(1，＋∞)；
當(dāng)b＞2時(shí)，函數(shù)f(x)的單調(diào)減區(qū)間為(1，)，單調(diào)增區(qū)間為(，＋∞)．
（2）(0,1)

解：(1)由f(x)＝ln x＋，得f′(x)＝.
①證明：因?yàn)閤＞1時(shí)，h(x)＝＞0，所以函數(shù)f(x)具有性質(zhì)P(b)．
②當(dāng)b≤2時(shí)，由x＞1得x²－bx＋1≥x²－2x＋1＝(x－1)²＞0，
所以f′(x)＞0.從而函數(shù)f(x)在區(qū)間(1，＋∞)上單調(diào)遞增．
當(dāng)b＞2時(shí)，令x²－bx＋1＝0得
x₁＝，x₂＝.
因?yàn)閤₁＝＝＜＜1，
x₂＝＞1，
所以當(dāng)x∈(1，x₂)時(shí)，f′(x)＜0；當(dāng)x∈(x₂，＋∞)時(shí)，f′(x)＞0；當(dāng)x＝x₂時(shí)，f′(x)＝0.從而函數(shù)f(x)在區(qū)間(1，x₂)上單調(diào)遞減，在區(qū)間(x₂，＋∞)上單調(diào)遞增．
綜上所述，當(dāng)b≤2時(shí)，函數(shù)f(x)的單調(diào)增區(qū)間為(1，＋∞)；
當(dāng)b＞2時(shí)，函數(shù)f(x)的單調(diào)減區(qū)間為(1，)，單調(diào)增區(qū)間為(，＋∞)．
(2)由題設(shè)知，g(x)的導(dǎo)函數(shù)
g′(x)＝h(x)(x²－2x＋1)，
其中函數(shù)h(x)＞0對于任意的x∈(1，＋∞)都成立，
所以當(dāng)x＞1時(shí)，g′(x)＝h(x)(x－1)²＞0，
從而g(x)在區(qū)間(1，＋∞)上單調(diào)遞增．
①當(dāng)m∈(0,1)時(shí)，
有α＝mx₁＋(1－m)x₂＞mx₁＋(1－m)x₁＝x₁，
α＜mx₂＋(1－m)x₂＝x₂，即α∈(x₁，x₂)，
同理可得β∈(x₁，x₂)．
所以由g(x)的單調(diào)性知g(α)，g(β)∈(g(x₁)，g(x₂))，從而有|g(α)－g(β)|＜|g(x₁)－g(x₂)|，符合題意．
②當(dāng)m≤0時(shí)，α＝mx₁＋(1－m)x₂≥mx₂＋(1－m)x₂＝x₂，β＝(1－m)x₁＋mx₂≤(1－m)x₁＋mx₁＝x₁，于是由α＞1，β＞1及g(x)的單調(diào)性知g(β)≤g(x₁)＜g(x₂)≤g(α)，
所以|g(α)－g(β)|≥|g(x₁)－g(x₂)|，與題意不符．
③當(dāng)m≥1時(shí)，同理可得α≤x₁，β≥x₂，
進(jìn)而得|g(α)－g(β)|≥|g(x₁)－g(x₂)|，與題意不符．
綜上所述，所求的m的取值范圍為(0,1)．