设函数f(x)=x3ax,其中a>0且a≠1,若φ(x)=是区间(0,2)上的增函数.
(Ⅰ)求a的最小值;
(Ⅱ)当a取得最小值时,证明:对于任意的0<x1<x2,当x1+x2=6时,有f(x1)<f(x2).
设函数f(x)=x3ax,其中a>0且a≠1,若φ(x)=是区间(0,2)上的增函数.
(Ⅰ)求a的最小值;
(Ⅱ)当a取得最小值时,证明:对于任意的0<x1<x2,当x1+x2=6时,有f(x1)<f(x2).
【分析】(Ⅰ)求导f′(x)=3x2ax+x3axlna=ax(3x2+x3lna),故φ(x)=3x2+x3lna,求导φ′(x)=6x+(3lna)x2,从而可得当x∈(0,2)时,φ′(x)≥0恒成立,从而化为求函数的最值问题即可;
(Ⅱ)当时,
,从而化简可得
,即3lnx1﹣3ln(6﹣x1)+6﹣2x1<0;令g(x)=3lnx﹣3ln(6﹣x)+6﹣2x,x∈(0,3),从而求导判断函数的单调性即可.
【解答】解:(Ⅰ)∵f′(x)=3x2ax+x3axlna=ax(3x2+x3lna),
∴φ(x)==3x2+x3lna,
∴φ′(x)=6x+(3lna)x2,
∵φ(x)=是区间(0,2)上的增函数,
∴当x∈(0,2)时,φ′(x)=6x+(3lna)x2≥0恒成立,
即恒成立;
又x∈(0,2)时,,
故lna≥﹣1,
故a≥;
即a的最小值为.
(Ⅱ)证明:当时,
,
∵0<x1<x2且x1+x2=6,
∴0<x1<3,x2=6﹣x1,
要证f(x1)<f(x2),
只需证(0<x1<3),
只需证,
只需证x2﹣x1<3lnx2﹣3lnx1,
只需证3lnx1﹣3lnx2+x2﹣x1<0,
只需证3lnx1﹣3ln(6﹣x1)+6﹣2x1<0(*);
设g(x)=3lnx﹣3ln(6﹣x)+6﹣2x,x∈(0,3),
则,
当x∈(0,3)时,g′(x)>0,即g(x)在(0,3)上单调递增,
于是对于任意的0<x1<3,g(x1)<g(3)=0,即(*)式成立,
故原命题成立.
【点评】本题考查了函数与不等式的关系应用及导数的综合应用,属于中档题.