问题 解答题
已知函数f(x)=lnx,g(x)=
a
x
(a>0),设F(x)=f(x)+g(x).
(Ⅰ)求F(x)的单调区间;
(Ⅱ)若以y=F(x)(x∈(0,3])图象上任意一点P(x0,y0)为切点的切线的斜率k
1
2
恒成立,求实数a的最小值.
(Ⅲ)是否存在实数m,使得函数y=g(
2a
x2+1
)+m-1的图象与y=f(1+x2)的图象恰好有四个不同的交点?若存在,求出m的取值范围,若不存在,说明理由.
答案

(I)F(x)=f(x)+g(x)=lnx+

a
x
(x>0),F(x)=
1
x
-
a
x2
=
x-a
x2
(x>0)

因为a>0由F′(x)>0⇒x∈(a,+∞),所以F(x)在(a,+∞)上单调递增;

由F′(x)<0⇒x∈(0,a),

所以F(x)在(0,a)上单调递减.

(Ⅱ)由题意可知k=F′(x0)=

x0-a
x20
1
2
对任意0<x0≤3恒成立,

即有x0-

1
2
x20
≤a对任意0<x0≤3恒成立,即(x0-
1
2
x20
)max≤a

t=x0-

1
2
x20
=-
1
2
(
x20
-2x0)=-
1
2
(x0-1)2+
1
2
1
2

a≥

1
2
,即实数a的最小值为
1
2

(III)若y=g(

2a
x2+1
)+m-1═
1
2
x2+m-
1
2
的图象与y=f(1+x2)=ln(x2+1)的图象恰有四个不同交点,

1
2
x2+m-
1
2
=ln(x2+1)有四个不同的根,

亦即m=ln(x2+1)-

1
2
x2+
1
2
有四个不同的根.

G(x)=ln(x2+1)-

1
2
x2+
1
2

G′(x)=

2x
x2+1
-x=
2x-x3-x
x2+1
=
-x(x+1)(x-1)
x2+1

当x变化时G'(x).G(x)的变化情况如下表:

由表格知:G(0)=

1
2
,G(1)=G(-1)=ln2>0.

又因为G(2)=G(-2)=ln5-2+

1
2
1
2
可知,当m∈(
1
2
,ln2)
时,

方程m=ln(x2+1)-

1
2
x2+
1
2
有四个不同的解.

当m∈(

1
2
,ln2)时,y=g(
2a
x2+1
)+m-1=
1
2
x2+m-
1
2
的图象与

y=f(1+x2)=ln(x2+1)的图象恰有四个不同的交点.

判断题
单项选择题 A1/A2型题