问题 解答题
已知函数f(x)=
1
2
ax2
+2x,g(x)=lnx.
(1)如果函数y=f(x)在[1,+∞)上是单调减函数,求a的取值范围;
(2)是否存在实数a>0,使得方程
g(x)
x
=f(x)-(2a+1)在区间(
1
e
,e)内有且只有两个不相等的实数根?若存在,请求出a的取值范围;若不存在,请说明理由.
答案

(1)①当a=0时,f(x)=2x在[1,+∞)上是单调增函数,不符合题意;

②当a>0时,y=f(x)的对称轴方程为x=-

2
a
,y=f(x)在[1,+∞)上是单调增函数,不符合题意;

③当a<0时,函数y=f(x)在[1,+∞)上是单调减函数,则-

2
a
≤1,解得a≤-2,

综上,a的取值范围是a≤-2;

(2)把方程

g(x)
x
=f′(x)-(2a+1)整理为
lnx
x
=ax+2-(2a+1)
,即方程ax2+(1-2a)x-lnx=0,

设H(x)=ax2+(1-2a)x-lnx(x>0),则原问题等价于函数H(x)在区间(

1
e
,e)内有且只有两个零点.

H′(x)=2ax+(1-2a)-

1
x
=
2ax2+(1-2a)x-1
x
=
(2ax+1)(x-1)
x
,令H′(x)=0,因为a>0,解得x=1或x=-
1
2a
(舍),

当x∈(0,1)时,H′(x)<0,H(x)是减函数;当x∈(1,+∞)时,H′(x)>0,H(x)是增函数.

H(x)在(

1
e
,e)内有且只有两个不相等的零点,只需
H(
1
e
)>0
H(x)min<0
H(e)>0
,即
a
e2
+
1-2a
e
+1=
(1-2a)e+a+e2
e2
>0
H(1)=a+(1-2a)=1-a<0
ae2+(1-2a)e-1=(e2-2e)a+(e-1)>0

所以

a<
e2+e
2e-1
a>1
a>
1-e
e2-2e
,解得1<a<
e2+e
2e-1

所以a的取值范围是(1,

e2+e
2e-1
).

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