题目
已知函数f(x)=(1)/(sqrt(1+x))+(1)/(sqrt(1+a))+sqrt((ax)/(ax+8)),x∈(0,+∞)(1)当a=8时,求f(x)的单调区间;(2)对任意正数a,证明:1<f(x)<2.
已知函数f(x)=$\frac{1}{\sqrt{1+x}}$+$\frac{1}{\sqrt{1+a}}$+$\sqrt{\frac{ax}{ax+8}}$,x∈(0,+∞)
(1)当a=8时,求f(x)的单调区间;
(2)对任意正数a,证明:1<f(x)<2.
(1)当a=8时,求f(x)的单调区间;
(2)对任意正数a,证明:1<f(x)<2.
题目解答
答案
解:(1)当a=8时,$f(x)=\frac{{1+\sqrt{x}}}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{3}$,求得$f'(x)=\frac{{1-\sqrt{x}}}{{2\sqrt{x{{({1+x})}^3}}}}$,
于是当x∈(0,1]时,f'(x)≥0;而当x∈[1,+∞)时,f'(x)≤0.
即f(x)在(0,1]中单调递增,而在[1,+∞)中单调递减.
(2)对任意给定的a>0,x>0,由$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+\frac{8}{ax}}}}$,
若令$b=\frac{8}{ax}$,则abx=8①,且$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}$②.
(一)先证f(x)>1:
因为$\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}>\frac{1}{1+x}$,$\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}>\frac{1}{1+a}$,$\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}>\frac{1}{1+b}$,
又由$2+a+b+x≥2\sqrt{2a}+2\sqrt{bx}≥4\root{4}{2abx}=8$,得a+b+x≥6.
所以$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}>\frac{1}{1+x}+\frac{1}{1+a}+\frac{1}{1+b}$
=$\frac{3+2(a+b+x)+(ab+ax+bx)}{(1+x)(1+a)(1+b)}$$≥\frac{9+(a+b+x)+(ab+ax+bx)}{(1+x)(1+a)(1+b)}$
=$\frac{1+(a+b+x)+(ab+ax+bx)+abx}{(1+x)(1+a)(1+b)}=1$.
(二)再证f(x)<2:
由①、②式中关于x,a,b的对称性,不妨设x≥a≥b,则0<b≤2.
(ⅰ)当a+b≥7,则a≥5,所以x≥a≥5,因为$\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}<1$,$\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}≤\frac{2}{{\sqrt{1+5}}}<1$,
此时,$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}<2$.
(ⅱ)当a+b<7③,由①得,$x=\frac{8}{ab}$,$\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}=\sqrt{\frac{ab}{ab+8}}$,
因为$\frac{1}{1+b}<1-\frac{b}{1+b}+\frac{b^2}{{4{{(1+b)}^2}}}={[1-\frac{b}{2(1+b)}]^2}$,所以$\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}<1-\frac{b}{2(1+b)}$④,
同理得$\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}<1-\frac{a}{2(1+a)}$⑤.
于是$f(x)<2-\frac{1}{2}({\frac{a}{1+a}+\frac{b}{1+b}-2\sqrt{\frac{ab}{ab+8}}})$⑥.
今证明$\frac{a}{1+a}+\frac{b}{1+b}>2\sqrt{\frac{ab}{ab+8}}$⑦:
因为$\frac{a}{1+a}+\frac{b}{1+b}≥2\sqrt{\frac{ab}{(1+a)(1+b)}}$,故只要证$\frac{ab}{(1+a)(1+b)}>\frac{ab}{ab+8}$,
即证ab+8>(1+a)(1+b),即证a+b<7.
据③可得此式显然成立,因此⑦得证.
再由⑥可得f(x)<2.
综上所述,对任何正数a,x,皆有1<f(x)<2.
于是当x∈(0,1]时,f'(x)≥0;而当x∈[1,+∞)时,f'(x)≤0.
即f(x)在(0,1]中单调递增,而在[1,+∞)中单调递减.
(2)对任意给定的a>0,x>0,由$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+\frac{8}{ax}}}}$,
若令$b=\frac{8}{ax}$,则abx=8①,且$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}$②.
(一)先证f(x)>1:
因为$\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}>\frac{1}{1+x}$,$\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}>\frac{1}{1+a}$,$\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}>\frac{1}{1+b}$,
又由$2+a+b+x≥2\sqrt{2a}+2\sqrt{bx}≥4\root{4}{2abx}=8$,得a+b+x≥6.
所以$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}>\frac{1}{1+x}+\frac{1}{1+a}+\frac{1}{1+b}$
=$\frac{3+2(a+b+x)+(ab+ax+bx)}{(1+x)(1+a)(1+b)}$$≥\frac{9+(a+b+x)+(ab+ax+bx)}{(1+x)(1+a)(1+b)}$
=$\frac{1+(a+b+x)+(ab+ax+bx)+abx}{(1+x)(1+a)(1+b)}=1$.
(二)再证f(x)<2:
由①、②式中关于x,a,b的对称性,不妨设x≥a≥b,则0<b≤2.
(ⅰ)当a+b≥7,则a≥5,所以x≥a≥5,因为$\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}<1$,$\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}≤\frac{2}{{\sqrt{1+5}}}<1$,
此时,$f(x)=\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}+\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}<2$.
(ⅱ)当a+b<7③,由①得,$x=\frac{8}{ab}$,$\frac{1}{{\sqrt{1+x}}}=\sqrt{\frac{ab}{ab+8}}$,
因为$\frac{1}{1+b}<1-\frac{b}{1+b}+\frac{b^2}{{4{{(1+b)}^2}}}={[1-\frac{b}{2(1+b)}]^2}$,所以$\frac{1}{{\sqrt{1+b}}}<1-\frac{b}{2(1+b)}$④,
同理得$\frac{1}{{\sqrt{1+a}}}<1-\frac{a}{2(1+a)}$⑤.
于是$f(x)<2-\frac{1}{2}({\frac{a}{1+a}+\frac{b}{1+b}-2\sqrt{\frac{ab}{ab+8}}})$⑥.
今证明$\frac{a}{1+a}+\frac{b}{1+b}>2\sqrt{\frac{ab}{ab+8}}$⑦:
因为$\frac{a}{1+a}+\frac{b}{1+b}≥2\sqrt{\frac{ab}{(1+a)(1+b)}}$,故只要证$\frac{ab}{(1+a)(1+b)}>\frac{ab}{ab+8}$,
即证ab+8>(1+a)(1+b),即证a+b<7.
据③可得此式显然成立,因此⑦得证.
再由⑥可得f(x)<2.
综上所述,对任何正数a,x,皆有1<f(x)<2.