已知函数f(x)=
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,求a的值; (Ⅱ)求f(x)的单调区间; (Ⅲ)设g(x)=x2-2x,若对任意x1∈(0,2],均存在x2∈(0,2],使得f(x1)<g(x2),求a的取值范围. |
(Ⅰ)∵函数f(x)=
ax2-(2a+1)x+2lnx (a∈R),1 2
∴f′(x)=ax-(2a+1)+
(x>0).2 x
∵曲线y=f(x)在x=1和x=3处的切线互相平行,
∴f'(1)=f'(3),
即a-(2a+1)+2=3a-(2a+1)+
,2 3
解得a=
.2 3
(Ⅱ)f′(x)=
(x>0).(ax-1)(x-2) x
①当a≤0时,x>0,ax-1<0,
在区间(0,2)上,f'(x)>0;
在区间(2,+∞)上f'(x)<0,
故f(x)的单调递增区间是(0,2),
单调递减区间是(2,+∞).
②当0<a<
时,1 2
>2,1 a
在区间(0,2)和(
,+∞)上,f'(x)>0;1 a
在区间(2,
)上f'(x)<0,1 a
故f(x)的单调递增区间是(0,2)和(
,+∞),单调递减区间是(2,1 a
)1 a
③当a=
时,f′(x)=1 2
,故f(x)的单调递增区间是(0,+∞).(x-2)2 2x
④当a>
时,0<1 2
<2,在区间(0,1 a
)和(2,+∞)上,f'(x)>0;1 a
在区间(
,2)上f'(x)<0,1 a
故f(x)的单调递增区间是(0,
)和(2,+∞),单调递减区间是(1 a
,2).1 a
(Ⅲ)由已知,在(0,2]上有f(x)max<g(x)max.
由已知,g(x)max=0,由(Ⅱ)可知,
①当a≤
时,f(x)在(0,2]上单调递增,1 2
故f(x)max=f(2)=2a-2(2a+1)+2ln2=-2a-2+2ln2,
所以,-2a-2+2ln2<0,解得a>ln2-1,
故ln2-1<a≤
.1 2
②当a>
时,f(x)在(0,1 2
]上单调递增,1 a
在[
,2]上单调递减,1 a
故f(x)max=f(
)=-2-1 a
-2lna.1 2a
由a>
可知lna>ln1 2
>ln1 2
=-1,1 e
2lna>-2,-2lna<2,
所以,-2-2lna<0,f(x)max<0,
综上所述,a>ln2-1.