问题 解答题
已知函数f(x)=-x2+2lnx.
(Ⅰ)求函数f(x)的最大值;
(Ⅱ)若函数f(x)与g(x)=x+
a
x
有相同极值点,
(i)求实数a的值;
(ii)若对于“x1,x2∈[
1
e
,3],不等式
f(x1)-g(x2)
k-1
≤1恒成立,求实数k的取值范围.
答案

(Ⅰ)求导函数可得:f′(x)=-2x+

2
x
=-
2(x+1)(x-1)
x
(x>0)

由f′(x)>0且x>0得,0<x<1;由f′(x)<0且x>0得,x>1.

∴f(x)在(0,1)上为增函数,在(1,+∞)上为减函数.

∴函数f(x)的最大值为f(1)=-1.

(Ⅱ)∵g(x)=x+

a
x
,∴g′(x)=1-
a
x2

(ⅰ)由(Ⅰ)知,x=1是函数f(x)的极值点,

又∵函数f(x)与g(x)=x+

a
x
有相同极值点,

∴x=1是函数g(x)的极值点,

∴g′(1)=1-a=0,解得a=1.

(ⅱ)∵f(

1
e
)=-
1
e2
-2,f(1)=-1,f(3)=-9+2ln3,

∵-9+2ln3<-

1
e2
-2<=1,即f(3)<f(
1
e
)<f(1),

∴x1∈[[

1
e
,3]时,f(x1min=f(3)=-9+2ln3,f(x1max=f(1)=-1

由(ⅰ)知g(x)=x+

1
x
,∴g′(x)=1-
1
x2

当x∈[

1
e
,1)时,g′(x)<0;当x∈(1,3]时,g′(x)>0.

故g(x)在[

1
e
,1)为减函数,在(1,3]上为增函数.

g(

1
e
)=e+
1
e
,g(1)=2,g(3)=
10
3

而2<e+

1
e
10
3
,∴g(1)<g(
1
e
)<g(3)

∴x2∈[[

1
e
,3]时,g(x2min=g(1)=2,g(x2max=g(3)=
10
3

①当k-1>0,即k>1时,

对于“x1,x2∈[

1
e
,3],不等式
f(x1)-g(x2)
k-1
≤1恒成立,等价于k≥[f(x1)-g(x2)]max+1

∵f(x1)-g(x2)≤f(1)-g(1)=-1-2=-3,

∴k≥-2,又∵k>1,∴k>1.

②当k-1<0,即k<1时,

对于“x1,x2∈[

1
e
,3],不等式
f(x1)-g(x2)
k-1
≤1恒成立,等价于k≤[f(x1)-g(x2)]min+1

∵f(x1)-g(x2)≥f(3)-g(3)=-

37
3
+2ln3,

∴k≤-

34
3
+2ln3.

又∵k<1,∴k≤-

34
3
+2ln3.

综上,所求的实数k的取值范围为(-∞,-

34
3
+2ln3]∪(1,+∞).

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