(2017·高考全国卷Ⅲ)已知函数f(x)=ln x+ax2+(2a+1)x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)当a<0时,证明f(x)≤--2.
【解】 (1)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=+2ax+2a+1=.当a≥0,则当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上单调递增.
当a<0,则当x∈(0,-)时,f′(x)>0;当x∈(-,+∞)时,f′(x)<0.故f(x)在(0,-)上单调递增,在(-,+∞)上单调递减.
(2)证明:由(1)知,当a<0时,f(x)在x=-取得最大值,最大值为f(-)=ln(-)-1-.
所以f(x)≤--2等价于ln(-)-1-≤--2,即ln(-)++1≤0.设g(x)=ln x-x+1,则g′(x)=-1.当x∈(0,1)时,g′(x)>0;当x∈(1,+∞)时,g′(x)<0.所以g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.故当x=1时,g(x)取得最大值,最大值为g(1)=0.所以当x>0时,g(x)≤0.从而当a<0时,ln(-)++1≤0,即f(x)≤--2.
将不等式转化为函数最值来证明不等式,其主要思想是依据函数在固定区间的单调性,直接求得函数的最值,然后由f(x)≤f(x)max或f(x)≥f(x)min直接证得不等式.