问题 解答题
设函数f(x)=x2-alnx与g(x)=
1
a
x-
x
的图象分别交直线x=1于点A,B,且曲线y=f(x)在点A处的切线与曲线y=g(x)在点B处的切线平行(斜率相等).
(1)求函数f(x),g(x)的表达式;
(2)当a>1时,求函数h(x)=f(x)-g(x)的最小值;
(3)当a<1时,不等式f(x)≥m•g(x)在x∈[
1
4
1
2
]
上恒成立,求实数m的取值范围.
答案

(1)由f(x)=x2-alnx,得f′(x)=

2x2-a
x
,所以f(1)=2-a.

g(x)=

1
a
x-
x
,得g′(x)=
2
x
-a
2a
x
,所以g(1)=
2-a
2a

又由题意可得f'(1)=g'(1),

2-a=

2-a
2a
,故a=2,或a=
1
2

所以当a=2时,f(x)=x2-2lnx,g(x)=

1
2
x-
x

a=

1
2
时,f(x)=x2-
1
2
lnx
g(x)=2x-
x

(2)当a>1时,a=2,h(x)=f(x)-g(x)=x2-2lnx-

1
2
x+
x

函数h(x)的定义域为(0,+∞).

h′(x)=2x-

2
x
-
1
2
+
1
2
x
=
2(x-1)(x+1)
x
-
x
-1
2
x

=(

x
-1)[
4(x
x
+
x
+x+1)-
x
2x
].

由x>0,得

4(x
x
+
x
+x+1)-
x
2x
>0,

故当x∈(0,1)时,h'(x)<0,h(x)递减,

当x∈(1,+∞)时,h'(x)>0,h(x)递增,

所以函数h(x)在(0,+∞)上的最小值为h(1)=1-2ln1-

1
2
+1=
3
2

(3)因为a<1,所以a=

1
2
,此时f(x)=x2-
1
2
lnx
g(x)=2x-
x

x∈[

1
4
1
2
)时,由f(x)=x2-
1
2
lnx
,得f′(x)=2x-
1
2x
=
4x2-1
2x
<0

f(x)在[

1
4
1
2
]上为减函数,f(x)≥f(
1
2
)=
1
4
+
1
2
ln2>0

x∈[

1
4
1
2
)时,由g(x)=2x-
x
,得g′(x)=2-
1
2
x
=
4
x
-1
2
x
>0

g(x)在[

1
4
1
2
]上为增函数,g(x)≤g(
1
2
)=1-
2
2
,且g(x)≥g(
1
4
)=0

要使不等式f(x)≥m•g(x)在x∈[

1
4
1
2
]上恒成立,当x=
1
4
时,m为任意实数;

x∈(

1
4
1
2
]时,不等式f(x)≥m•g(x)化为m≤
f(x)
g(x)

[

f(x)
g(x)
]min=
f(
1
2
)
g(
1
2
)
=
(2+
2
)
4
ln(4e).

所以m≤

(2+
2
)
4
ln(4e).

所以当a<1时,不等式f(x)≥m•g(x)在x∈[

1
4
1
2
]上恒成立的实数m的取值范围为(-∞,
(2+
2
)
4
ln(4e)]

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