已知f(x)=x3+ax2-a2x+2.
(Ⅰ)若a=1,求曲线y=f(x)在点(1,f(1)处的切线方程;
(Ⅱ)若a≠0 求函数f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若不等式2xlnx≤f′(x)+a2+1恒成立,求实数a的取值范围.
(Ⅰ)∵a=1,∴f(x)=x3+x2-x+2,
∴f′(x)=3x2+2x-1,∴k=f′(1)=4,又f(1)=3,所有切点坐标为(1,3).
∴所求切线方程为y-3=4(x-1),即4x-y-1=0.
(Ⅱ)f′(x)=3x2+2ax-a2=(x+a)(3x-a)由f′(x)=0,得x=-a或x=.
(1)当a>0时,由f′(x)<0,得-a<x<;由f′(x)>0,得x<-a或x>,
此时f(x)的单调递减区间为(-a,),单调递增区间为(-∞,-a)和(,+∞).
(2)当a<0时,由f′(x)<0,得<x<-a;由f′(x)>0,得x<或x>-a.
此时f(x)的单调递减区间为(,-a),单调递增区间为(-∞,)和(-a,+∞).
综上:当a>0时,f(x)的单调递减区间为(-a,),单调递增区间为(-∞,-a)和(,+∞);
当a<0时,f(x)的单调递减区间为(,-a),单调递增区间为(-∞,)和(-a,+∞).
(Ⅲ)依题意x∈(0,+∞),不等式2xlnx≤f′(x)+a2+1恒成立,
等价于2xlnx≤3x2+2ax+1在(0,+∞)上恒成立,可得a≥lnx-x-在(0,+∞)上恒成立,
设h(x)=lnx--,则h′(x)=-+=-.
令h′(x)=0,得x=1,x=-(舍),当0<x<1时,h′(x)>0;当x>1时,h′(x)<0,
当x变化时,h′(x),h(x)变化情况如下表:
x | (0,1) | 1 | (1,+∞) |
h′(x) | + | 0 | - |
h(x) | 单调递增 | -2 | 单调递减 |
∴当x=1时,h(x)取得最大值,h(x)
max=-2,∴a≥-2.
∴a的取值范围是[-2,+∞).