解题思路:(1)将f'(x)求导数并化简得
F(x)=
1
b
(ax+
1
x
)
,然后再求F(x)的导数得
F′(x)=
1
b
(a−
1
x
2
)
,由F'(1)=0并结合a>0建立关于a、b的方程组,解之即可得到a=b=1,进而可得F(x)的单调增区间为(1,+∞).
(2)利用二项式定理将不等式左边展开合并,得|[F(x)]n|-|F(xn)|=
C
1
n
x
n−1
•
1
x
+
C
2
n
x
n−2
•
1
x
2
+
C
3
n
x
n−3
•
1
x
3
+…+
C
n−1
n
x•
1
x
n−1
,利用基本不等式证出
C
r
n
x
n−r
•
1
x
+
C
n−r
n
x•
1
x
n−r
≥2
C
r
n
,由此即可证出原不等式对任意的n∈N*恒成立.
(1)根据题意,得F(x)=f′(x)=
1
2ab•2(ax+1)•a−
1
b+
1
bx=
1
b(ax+
1
x),x>0,b>0.
于是F′(x)=
1
b(a−
1
x2),若a<0,则F'(x)<0,与F(x)有极小值矛盾,所以a>0.
令F'(x)=0,并考虑到x>0,可知仅当x=
1
a时,F(x)取得极小值.
所以
1
a=1
1
b(a+1)=2解得a=b=1.…(4分)
故F(x)=x+
1
x(x>0),由F'(x)>0,得x>1,所以F(x)的单调增区间为(1,+∞).
(2)因为x>0,所以记g(x)=|[F(x)]n|−|F(xn)|=[F(x)]n−F(xn)=(x+
1
x)n−(xn+
1
xn)
得g(x)=
C1nxn−1•
1
x+
C2nxn−2•
1
x2+
C3nxn−3•
1
x3+…+
Cn−1nx•
1
xn−1
根据基本不等式,得
Crnxn−r•
1
x+
Cn−rnx•
1
xn−r≥2
Crn(r=1,2,…,n−1),
∴将此式代入g(x)表达式,可得2g(x)≥2(
C1n+
C2n+
C3n+…+
Cn−1n)=2(2n−2),
因此,|[F(x)]n|-|F(xn)|≥2n-2(n∈N*).…(10分)
点评:
本题考点: 利用导数研究函数的单调性;利用导数研究函数的极值;二项式定理的应用.
考点点评: 本题给出基本初等函数,在已知当x=1时函数取得极小值2的情况下求函数F(x)的单调增区间,并依此证明不等式恒成立.着重考查了基本初等函数的性质、利用导数研究函数的单调性、二项式定理和不等式的证明等知识,属于中档题.