设函数f(x)=(x-a)2lnx,a∈R,e为自然对数的底数,e=2.7182…,如果对任意的x∈(0,3e],恒有f(x)≤4e2成立,求a的取值范围.
f'(x)=(x-a)(2ln x+1-
).a x
①当0<x≤1时,对于任意的实数a,恒有f(x)≤0<4e2成立
②当1<x≤3e时,由题意,首先有f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2,解得3e-
≤a≤3e+2e ln3e 2e ln3e
由(I)知f′(x)=2(x-a)lnx+
=(x-a)(2lnx+1-(x-a)2 x
),a x
令h(x)=2lnx+1-
,则h(1)=1-a<0,h(a)=2lna>0且h(3e)=2ln3e+1-a x
≥2ln3e+1-a 3e
=2(ln3e-3e+ 2e ln3e 3e
)>01 3 ln3e
又h(x)在(0,+∞)内单调递增,所以函数h(x)在(0,+∞)内有唯一零点,记此零点为x0
则1<x0<3e,1<x0<a,从而,当x∈(0,x0)时,f′(x)>0,当x∈(x0,a)时,f′(x)<0,当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,即f(x)在(0,x0)内是增函数,在(x0,a)内是减函数,在(a,+∞)内是增函数
所以要使得对任意的x∈(0,3e],恒有f(x)≤4e2成立只要有f(x0)=(x0-a)2lnx0≤4e2 f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2
有h(x0)=2lnx0+1-
=0得a=2x0lnx0+x0,将它代入f(x0)=(x0-a)2lnx0≤4e2得4x02ln2x0≤4e2a x0
又x0>1,注意到函数4x2ln2x在(1,+∞)上是增函数故1<x0≤e
再由a=2x0lnx0+x0,及函数2xlnx+x在(1,+∞)上是增函数,可得1<a≤3e
由f(3e)=(3e-a)2ln3e≤4e2解得3e-
≤a≤3e+2e ln3e
,2e ln3e
所以得3e-
≤a≤3e2e ln3e
综上,a的取值范围为3e-
≤a≤3e.2e ln3e