问题 解答题
已知f(x)=
1
2
x2-(2a+1)x+(a2+a)lnx
(x>0,a是常数),若对曲线y=f(x)上任意一点P(x0,y0)处的切线y=g(x),f(x)≥g(x)恒成立,求a的取值范围.
答案

依题意,f/(x)=x-(2a+1)+

a2+a
x
…(1分)y0=f(x0),曲线y=f(x)在点P(x0,y0)处的切线为y-y0=f/(x0)(x-x0)…(2分),

y=y0+f/(x0)(x-x0),所以g(x)=y0+f/(x0)(x-x0)…(3分)

直接计算得g(x)=x0x-

1
2
x02-(2a+1)x+(a2+a)(lnx0+
x
x0
-1)…(5分),

直接计算得f(x)≥g(x)等价于

1
2
(x-x0)2+(a2+a)(ln
x
x
0
-
x
x0
+1)≥0…(7分)

h(x)=

1
2
(x-x0)2+(a2+a)(ln
x
x0
-
x
x0
+1),则h/(x)=(x-x0)+(a2+a)(
1
x
-
1
x0
)=(x-x0)(1-
a2+a
xx0
)
…(8分)

若a2+a≤0,则由h′(x)=0,得x=x0…(9分),

且当0<x<x0时,h′(x)<0,当x>x0时,h′(x)>0…(10分),

所以h(x)在x=x0处取得极小值,从而也是最小值,即h(x)≥h(x0)=0,从而f(x)≥g(x)恒成立…(11分).

若a2+a>0,取x0=

a2+a
,则h/(x)=(x-x0)(1-
a2+a
xx0
)≥0

且当x1≠x0时h′(x)>0,h(x)单调递增…(12分),

所以当0<x<x0时,h(x)<h(x0)=0,与f(x)≥g(x)恒成立矛盾,所以a2+a≤0…(13分),

从而a的取值范围为-1≤a≤0…(14分)

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