Question

設函數(shù)f（x）=x²-2（-1）^klnx（k∈N₊）．
（Ⅰ）求函數(shù)f（x）的單調遞增區(qū)間；
（Ⅱ）設函數(shù)在（0，1]上是增函數(shù)，且對于（0，1]內的任意實數(shù)x₁，x₂當k為偶數(shù)時，恒有f（x₁）≥g（x₂）成立，求實數(shù)b的取值范圍；
（Ⅲ）當k是偶數(shù)時，函數(shù)，求證：[h（x）]ⁿ+2≥h（xⁿ）+2ⁿ（n∈N₊）．

Answer 1

【答案】分析：（I）先求函數(shù)的定義域，討論k是奇數(shù)還是偶數(shù)，然后求導數(shù)fˊ（x），在函數(shù)的定義域內解不等式fˊ（x）＞0，即可求出函數(shù)f（x）的單調遞增區(qū)間；
（II）欲使函數(shù)在（0，1]上是增函數(shù)，只需在（0，1]上恒成立，然后利用參數(shù)分離法將b分離，求出不等式另一側的最大值，欲使當k為偶數(shù)時，恒有f（x₁）≥g（x₂）成立，只需f（x₁）min≥g（x₂）max即可求出b的范圍；
（III）先求出函數(shù)h（x） 的解析式，要證[h（x）]ⁿ+2≥h（xⁿ）+2ⁿ，即證，然后利用二項式定理進行展開，即證C_n¹x^n-2+C_n²x^n-4++C_n^n-1x^2-n≥2ⁿ-2，設S_n=C_n¹x^n-2+C_n²x^n-4++C_n^n-1x^2-n，利用倒序相加法即可證得Sn≥2ⁿ-2，所以原不等式得證．
解答：解：由已知，得函數(shù)f（x）的定義域為（0，+∞）．（1分）
（Ⅰ）當k為偶數(shù)時，f（x）=x²-2lnx，則，
又x＞0，f'（x）≥0，即x²-1≥0，得x≥1，
所以此時函數(shù)f（x）的單調遞增區(qū)間為[1，+∞）．
當k為奇數(shù)時，f（x）=x²+2lnx，
則在定義域內恒成立，
所以此時函數(shù)f（x）的單調增區(qū)間為（0，+∞）．（4分）

（Ⅱ）∵函數(shù)在（0，1]上是增函數(shù)
∴在（0，1]上恒成立，
即在（0，1]上恒成立，
即，
∴b≥-1．①（6分）
由（Ⅰ）可知當k為偶數(shù)時，f'（x）≤0得0＜x≤1，即f（x）在（0，1]為減函數(shù)，
∴f（x）_min=f（1）=1．
又∵對于（0，1]內的任意實數(shù)x₁，x₂，
當k為偶數(shù)時，恒有f（x₁）≥g（x₂）成立，
∴1≥g（x）_max=g（1），即1≥2b-1，所以b≤1，②
由①②得-1≤b≤1．（8分）

（Ⅲ）由（Ⅰ）可知，，即證，（9分）
由二項式定理
=．
即證C_n¹x^n-2+C_n²x^n-4++C_n^n-1x^2-n≥2ⁿ-2．（10分）
設S_n=C_n¹x^n-2+C_n²x^n-4++C_n^n-1x^2-n，
則S_n=C_n¹x^2-n+C_n²x^4-n++C_n^n-1x^n-2．
兩式相加得2S_n=≥2（C_n¹+C_n²++C_n^n-1）=2（2ⁿ-2），
即Sn≥2ⁿ-2，所以原不等式得證..（12分）
點評：本題主要考查了二項式定理的應用，以及利用導數(shù)研究函數(shù)的單調性等基礎知識，考查計算能力和分析問題的能力，轉化的數(shù)學思想，屬于中檔題．