1. 理解题干中不等式的几何意义
由题意,在区间 (0,1) 上当 0<x1<x2<1 时,
f(2x1+x2)<2f(x1)+f(x2)
该不等式在几何上表示:函数图象上任意两点连线的中点都在函数图象相应点(即自变量取这两点横坐标中点时对应的函数图象上的点)的上方。满足该性质的函数在区间 (0,1) 上是严格下凸的(在中文教材中通常称为“凹函数”)。
2. 逐个分析四个函数在 $(0, 1)$ 上的图象与凹凸性
分析给出的四个函数在区间 (0,1) 上的图象特征:
- 对于指数函数 y=3x,由于底数 3>1,其自变量增加时,函数值增加得越来越快,图象凹向上,满足 f(2x1+x2)<2f(x1)+f(x2) 恒成立;
- 对于对数函数 y=log0.3x,由于底数 0.3∈(0,1),其自变量增加时,函数值减小得越来越慢,图象凹向上,满足 f(2x1+x2)<2f(x1)+f(x2) 恒成立;
- 对于幂函数 y=x3,在 (0,1) 上其一阶导数 y′=3x2 单调递增(二阶导数 y′′=6x>0),图象凹向上,满足 f(2x1+x2)<2f(x1)+f(x2) 恒成立;
- 对于幂函数 y=x,在 (0,1) 上其一阶导数 y′=2x1 单调递减(二阶导数 y′′=−41x−3/2<0),图象凸向上,满足 f(2x1+x2)>2f(x1)+f(x2)。
因此,满足条件的函数有 y=3x,y=log0.3x 和 y=x3,共 3 个。
3. 确定最终选项
综上分析,满足条件的函数个数为 3。
因此正确选项为 D。