问题 解答题
已知a>0,设函数f(x)=alnx-2
a
•x+2a
g(x)=
1
2
(x-2
a
)2

(Ⅰ)求函数h(x)=f(x)-g(x)的最大值;
(Ⅱ)若e是自然对数的底数,当a=e时,是否存在常数k、b,使得不等式f(x)≤kx+b≤g(x)对于任意的正实数x都成立?若存在,求出k、b的值,若不存在,请说明理由.
答案

(I)∵h(x)=f(x)-g(x)=alnx-2

a
x+2a-
1
2
(x-2
a
)
2
=alnx-
1
2
x2
(x>0)(2分)

对函数h(x)求导可得,h(x)=

a
x
-x=
-(x+
a
)(x-
a
)
x

∵x>0

∴当0<x<

a
时,h′(x)>0,h(x)在(0,
a
)上单调递增,

当x

a
时,h′(x)<0,h(x)在(
a
,+∞)上单调递减

∴x=

a
是函数h(x)唯一的极大值即是函数的最大值h(
a
)=
alna-a
2
(4分)

(II)当a=e时,h(x)=f(x)-g(x)的最大值为0

即f(x)≤g(x),当且仅当x=

e
时取等号(6分)

∴函数f(x,g(x)的图象在x=

e
处有且仅有一个公共点(
e
e
2

f(x)=

e
x
 -2
e
,函数f(x)的图象在x=
e
处的切线斜率k=-
e

g(x)=x-2

e
,函数g(x)在x=
e
处的切线斜率k=-
e

∴f(x)与g(x)的图象在x=

e
处有公共的切线方程为y=-
e
x+
3e
2
(8分)

F(x)=f(x)-(-

e
x+
3e
2
)=elnx-
e
x+
e
2
F′(x)=
e
x
-
e
=-
e
(x-
e
)
x

x(0,
e
)
e
(
e
,+∞)
 F'(x)+0-
F(x)极大值
∴当x=
e
时,函数F(x)取得最大值0

f(x)≤-

e
x+
3e
2
恒成立;…(10分)

g(x)-(-

e
x+
3e
2
)=
1
2
x2-
e
x+
e
2
=
1
2
(x-
e
)2≥0,

g(x)≥-

e
x+
3e
2
在x∈R时恒成立;

∴当a=e时,k=-

e
b=
3e
2

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