问题 解答题

已知函数f(x)=x2-(a+2)x+alnx+2a+2,其中a≤2.

(Ⅰ)求函数f(x)的单调区间;

(Ⅱ)若函数f(x)在(0,2]上有且只有一个零点,求实数a的取值范围.

答案

(I)函数定义域为x>0,且f′(x)=2x-(a+2)+

a
x
=
(2x-a)(x-1)
a
…(2分)

①当a≤0,即

a
2
≤0时,令f'(x)<0,得0<x<1,函数f(x)的单调递减区间为(0,1),

令f'(x)>0,得x>1,函数f(x)的单调递增区间为(1,+∞).

②当0<

a
2
<1,即0<a<2时,令f'(x)>0,得0<x<
a
2
或x>1,

函数f(x)的单调递增区间为(0,

a
2
),(1,+∞).

令f'(x)<0,得

a
2
<x<1,函数f(x)的单调递减区间为(
a
2
,1)

③当

a
2
=1,即a=2时,f'(x)≥0恒成立,函数f(x)的单调递增区间为(0,+∞).…(7分)

(Ⅱ)①当a≤0时,由(Ⅰ)可知,函数f(x)的单调递减区间为(0,1),f(x)在(1,2]单调递增.

所以f(x)在(0,2]上的最小值为f(1)=a+1,

由于f(

1
e2
)=
1
e4
-
2
e2
-
a
e2
+2=(
1
e2
-1)2-
a
e2
+1>0,

要使f(x)在(0,2]上有且只有一个零点,

需满足f(1)=0或

f(1)<0
f(2)<0
解得a=-1或a<-
2
ln2

②当0<a≤2时,由(Ⅰ)可知,

(ⅰ)当a=2时,函数f(x)在(0,2]上单调递增;

f(e-4)=

1
e8
-
4
e4
-2<0,f(2)=2+2ln2>0,所以f(x)在(0,2]上有且只有一个零点.

(ⅱ)当0<a<2时,函数f(x)在(

a
2
,1)上单调递减,在(1,2]上单调递增;

又因为f(1)=a+1>0,所以当x∈(

a
2
,2]时,总有f(x)>0.

因为e -

2a+2
a
<1<a+2,

所以f(e -

2a+2
a
)=e -
2a+2
a
[e -
2a+2
a
-(a+2)]+(alne -
2a+2
a
+2a+2)<0.

所以在区间(0,

a
2
)内必有零点.又因为f(x)在(0,
a
2
)内单调递增,

从而当0<a≤2时,f(x)在(0,2]上有且只有一个零点.

综上所述,0<a≤2或a<-

2
ln2
或a=-1时,f(x)在(0,2]上有且只有一个零点.…(13分)

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