已知a为实数,函数f(x)=x2-2alnx. (1)求f(x)在[1,+∞)上的最小值g(a); (2)若a>0,试证明:“方程f(x)=2ax有唯一解”的充要条件是“a=
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(1)求导函数,可得f′(x)=2•
(x>1)x2-a x
①a≤1,x>1,则f′(x)>0,∴f(x)在[1,+∞)上是单调递增函数,∴f(x)min=f(1)=1;
②a>1,x>1,令f′(x)=0,可得x=a
当x∈(1,
)时,f′(x)<0,函数在[1,+∞)上是单调递减函数;当x∈(a
,+∞)时,f′(x)>0,函数在[1,+∞)上是单调递增函数,a
∴x=
时,f(x)min=a-alnaa
∴g(a)=
;1,a≤1 a-alna,a>1
(2)证明:记g(x)=f(x)-2ax=x2-2alnx-2ax,则g′(x)=
(x2-ax-1) 2 x
①充分性:若a=
,则g(x)=x2-lnx-x,g′(x)=1 2
(2x+1)(x-1)1 x
当x∈(0,1)时,g′(x)<0,g(x)在(0,1)上是单调递减函数;
当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上是单调递增函数,
∴当x=1时,g(x)min=g(1)=0,即g(x)≥0,当且仅当x=1时取等号,
∴方程f(x)=2ax有唯一解;
②必要性:若方程f(x)=2ax有唯一解,即g(x)=0有唯一解,令g′(x)=0,可得x2-ax-a=0,
∵a>0,x>0,∴x1=
(另一根舍去)a+ a2+4a 2
当x∈(0,x1)时,g′(x)<0,g(x)在(0,x1)上是单调递减函数;
当x∈(x1,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在(x1,+∞)上是单调递增函数.
∴当x=x2时,g′(x1)=0,g(x)min=g(x1),∵g(x)=0有唯一解,∴g(x1)=0,
∴g(x1)=0 g′(x1)=0
∴x12-2alnx1-2ax1=0 x12-ax1-a=0
∴2alnx1+ax1-a=0
∵a>0
∴2lnx1+x1-1=0
设函数h(x)=2lnx+x-1
∵x>0时,h(x)是增函数,∴h(x)=0至多有一解.
∵h(1)=0,∴方程2lnx1+x1-1=0的解为x1=1,即x1=
=1,∴a=a+ a2+4a 2 1 2
由①②知,“方程f(x)=2ax有唯一解”的充要条件是“a=
”.1 2