问题 解答题
已知定义在正实数集上的函数f(x)=
1
2
x2+2ax
,g(x)=3a2lnx+b,其中a>0,设两曲线y=f(x),y=g(x)有公共点,且在该点处的切线相同.
(I)用a表示b,并求b的最大值;
(II)求证:f(x)≥g(x)(x>0).
答案

(Ⅰ)设y=f(x)与y=g(x)(x>0)在公共点(x0,y0)处的切线相同,

∵f′(x)=x+2a,g(x)=

3a2
x

由题意f(x0)=g(x0),f′(x0)=g′(x0

1
2
x02+2ax=3a2lnx0+b
x0+2a=
3a2
x0

x0+2a=

3a2
x0
得x0=a,x0=-3a(舍去)即有b=
1
2
a2+2a2-3a2lna
=
5
2
a2-3a2lna
(3分)

h(t)=

5
2
t2-3t2lnt(t>0),则h′(t)=2t(1-3lnt)

当t(1-3lnt)>0,即0<t<e

1
3
时,h'(t)>0;

当t(1-3lnt)<0,即t>e

1
3
时,h'(t)<0.

故h(t)在(0,e

1
3
)为增函数,在(e
1
3
,+∞)
为减函数,

于是h(t)在(0,+∞)的最大值为h(e

1
3
)=
3
2
e
2
3
(6分)

(Ⅱ)设F(x)=f(x)-g(x)=

1
2
x2+2ax-3a2lnx-b(x>0),

则F'(x)=x+2a-

3a2
x
=
(x-a)(x+3a)
x
(x>0)(10分)

故F(x)在(0,a)为减函数,在(a,+∞)为增函数,

于是函数F(x)在(0,+∞)上的最小值是F(a)=F(x0)=f(x0)-g(x0)=0.

故当x>0时,有f(x)-g(x)≥0,即当x>0时,f(x)≥g(x)(12分)

单项选择题
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