问题 解答题

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.

答案

(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=

a
3

(1)当a>0时,由f′(x)<0,得-a<x<

a
3
;由f′(x)>0,得x<-a或x>
a
3

此时f(x)的单调递减区间为(-a,

a
3
),单调递增区间为(-∞,-a)和(
a
3
,+∞).

(2)当a<0时,由f′(x)<0,得

a
3
<x<-a;由f′(x)>0,得x<
a
3
或x>-a.

此时f(x)的单调递减区间为(

a
3
,-a),单调递增区间为(-∞,
a
3
)和(-a,+∞).

综上:当a>0时,f(x)的单调递减区间为(-a,

a
3
),单调递增区间为(-∞,-a)和(
a
3
,+∞);

当a<0时,f(x)的单调递减区间为(

a
3
,-a),单调递增区间为(-∞,
a
3
)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-

3
2
x-
1
2x
在(0,+∞)上恒成立,

设h(x)=lnx-

3x
2
-
1
2x
,则h′(x)=
1
x
-
3
2
+
1
2x2
=-
(x-1)(3x+1)
2x2

令h′(x)=0,得x=1,x=-

1
3
(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,+∞).

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