Question

已知函数，
（Ⅰ） 若f（x）在[1，+∞）上单调递增，求a的取值范围；
（Ⅱ）若定义在区间D上的函数y=f（x）对于区间D上的任意两个值x₁、x₂总有以下不等式成立，则称函数y=f（x）为区间D上的“凹函 数”．试证当a≤0时，f（x）为“凹函数”．

Answer

（Ⅰ）由，得，由函数为[1，+∞）上单调增函数，知f′（x）≥0在[1，+∞）上恒成立，即不等式在[1，+∞）上恒成立．由此能求出a的取值范围．
（Ⅱ）由，得=，，由此入手能够证明当a≤0时，f（x）为“凹函数”．
【解析】
（Ⅰ）由，
得…（2分）
函数为[1，+∞）上单调函数．
若函数为[1，+∞）上单调增函数，
则f′（x）≥0在[1，+∞）上恒成立，
即不等式在[1，+∞）上恒成立．
也即在[1，+∞）上恒成立．…（3分）
令，上述问题等价于a≥φ（x）max，
而为在[1，+∞）上的减函数，
则φ（x）max=φ（1）=0，于是a≥0为所求．…（5分）
（Ⅱ）证明：由
得
=…（7分）
而①…（9分）
又（x1+x2）2=（x12+x22）+2x1x2≥4x1x2，
∴②…（10分）
∵，
∴，
∵a≤0
∴③…（12分）
由①、②、③得
即，从而由凹函数的定义可知函数为凹函数．…（13分）