问题 解答题

已知函数f(x)=alnx+x2 (a为实常数),e为自然对数的底数.

(1)求函数f(x)在[1,e]上的最小值;

(2)若存在x∈[1,e],使得不等式f(x)≤(a+2)x成立,求实数a的取值范围.

答案

(1)f′(x)=

2x2+a
x
(x>0),当[1,e],2x2+a∈[a+2,a+2e2].

①若a≥-2,f′(x)在[1,e]上非负(仅当a=-2,x=1时,f′(x)=0,故函数f(x)在[1,e]上是增函数,此时[f(x)]min=f(1)=1.

②若-2e2<a<-2,当x=

-a
2
时,f′(x)=0;当1≤x<
-a
2
时,f′(x)<0,此时f(x)

是减函数;当

-a
2
<x≤e时,f′(x)>0,此时f(x)是增函数.故[f(x)]min=f(
-a
2
)
=
a
2
ln(-
a
2
)-
a
2

③若a≤-2e2,f′(x)在[1,e]上非正(仅当a=-2e2,x=e时,f′(x)=0,故函数f(x)在[1,e]上是减函数,此时[f(x)]min=f(e)=a+e2

综上可知,[f(x)]min=

1(a≥-2)
a
2
ln(-
a
2
)-
a
2
(-2e2<a<-2)
a+e2(a≤-2e2)

(2)不等式f(x)≤(a+2)x,可化为a(x-lnx)≥x2-2x.

∵x∈[1,e],∴lnx≤1≤x且等号不能同时取,所以lnx<x,即x-lnx>0,

因而a≥

x2-2x
x-lnx
(x∈[1,e])

g(x)=

x2-2x
x-lnx
(x∈[1,e]),又g′(x)=
(x-1)(x+2-2lnx)
(x-lnx)2

当x∈[1,e]时,x-1≥0,lnx≤1,x+2-2lnx>0,

从而g′(x)≥0(仅当x=1时取等号),所g(x)在[1,e]上为增函数,

故g(x)的最大值为g(e)=

e2-2e
e-1
,所以a的取值范围是[
e2-2e
e-1
,+∞).

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