设函数
f(x)=x2+1−ax,其中
a>0.
(1) 解不等式
f(x)⩽1;
(2) 证明:当
a⩾1 时,函数
f(x) 在区间
[0,+∞) 上是单调函数.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 当
x<0 时,
x2+1>1,且
−ax>0,所以
f(x)>1,不等式无负数解. 当
x⩾0 时,右端
1+ax>0,故原不等式等价于
x2+1⩽(1+ax)2
即
x((1−a2)x−2a)⩽0. 若
0<a<1,得到
0⩽x⩽1−a22a;若
a⩾1,对所有
x⩾0 不等式都成立. 因此解集为
⎩⎨⎧[0,1−a22a],[0,+∞),0<a<1,a⩾1.
\item 取
0⩽x1<x2. 有
f(x2)−f(x1)=(x2−x1)(x22+1+x12+1x1+x2−a)
由于
xi⩾0,分式小于
1,而
a⩾1,故括号内小于
0. 于是
f(x2)<f(x1),所以
f(x) 在
[0,+∞) 上单调递减.
\end{enumerate}
\end{solution}