问题 解答题

已知:二次函数f(x)=ax2+bx+1,其中a,b∈R,g(x)=ln(ex),且函数F(x)=f(x)-g(x)在x=1处取得极值.

(I)求a,b所满足的关系;

(II)若直线l:y=kx(k∈R)与函数y=f(x)在x∈[1,2]上的图象恒有公共点,求k的最小值;

(III)试判断是否存在a∈(-2,0)∪(0,2),使得对任意的x∈[1,2],不等式(x+a)F(x)≥0恒成立?如果存在,请求出符合条件的a的所有值;如果不存在,说明理由.

答案

(I) 由已知,∵f(x)=ax2+bx+1,g(x)=ln(ex),

∴函数F(x)=f(x)-g(x)=ax2+bx+1-ln(ex)

∴F′(x)=

2ax2+bx-1
x
(x>0),

∵F(x)=f(x)-g(x)在x=1处取得极值

∴F′(1)=0,∴b=1-2a,

∴F′(x)=

2a(x+
1
2a
)(x-1)
x

∴-

1
2a
≠1,∴a≠-
1
2

(II)由题意得:方程kx=ax2+(1-2a)x+1在x∈[1,2]时总有解,

∴k=

ax2+(1-2a)x+1
x
,即k=ax+
1
x
+1-2a,

∵当a<0时,k=ax+

1
x
+1-2a在x∈[1,2]时单调递减,∴k≥
3
2

当0<a<

1
4
时,由k′=a-
1
x2
<0
,k=ax+
1
x
+1-2a在x∈[1,2]时单调递减,∴k≥
3
2

1
4
≤a≤1时,由ax+
1
x
+1-2a≥2
a
+1-2a(当且仅当x=
1
a
时,取“=”)得k≥2
a
+1-2a,

当a>1时,k=ax+

1
x
+1-2a在x∈[1,2]时单调递增,∴k≥2-a.

∴要使得直线l:y=kx(k∈R)与函数y=f(x)在x∈[1,2]上的图象恒有公共点

实数k应取

3
2
(a<0)、2
a
+1-2a(
1
4
≤a≤1),2-a(a>1)三者中的最大值,

∵2

a
+1-2a=-2(
a
-
1
2
)
2
+
3
2
3
2
1
4
≤a≤1),又2-a<1(a>1),

∴k的最小值为

3
2

(III)∵F(x)=ax2+(1-2a)x+1-lnx,

当a∈(0,2)时,∵x∈[1,2],∴由(x+a)F(x)≥0得F(x)≥0,

∵F′(x)=

2a(x+
1
2a
)(x-1)
x

∴x∈[1,2]时,F′(x)>0,函数y=F(x)单调递增,∴F(x)min≥F(1)=1-a≥0,

∴a∈(0,1]时成立.…(13分)

当a∈[-1,0)且a≠-

1
2
时,∵F(1)=1-a≥0,F(2)=2-ln2≥0,类似地由单调性证得F(x)≥0,

又x+a≥0,∴(x+a)F(x)≥0成立,

当-2<a<-1时,(x+a)F(x)≥0等价于

-a<x≤2
F(x)≥0
1≤x≤-a
F(x)≤0

由上可知,此时不成立.

综上,存在符合条件的a,其所有值的集合为[-1,-

1
2
∪(-
1
2
,0)∪(0,1]

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