问题 解答题
设函数f(x)=alnx,g(x)=
1
2
x2

(1)记h(x)=f(x)-g(x),若a=4,求h(x)的单调递增区间;
(2)记g'(x)为g(x)的导函数,若不等式f(x)+2g'(x)≤(a+3)x-g(x)在x∈[1,e]上有解,求实数a的取值范围;
(3)若在[1,e]上存在一点x0,使得f(x0)-f′(x0)>g′(x0)+
1
g′(x0)
成立,求a的取值范围.
答案

(1)当a=4时,可得f(x)=4lnx,此时h(x)=4lnx-

1
2
x2

h(x)=

4
x
-x>0得-2<x<2,结合x>0,可得0<x<2.

所以h(x)的单调递增区间为(0,2).…(4分)

(2)不等式f(x)+2g′(x)≤(a+3)x-g(x),即为alnx+2x≤(a+3)x-

1
2
x2

化简得:a(x-lnx)≥

1
2
x2-x,

由x∈[1,e]知x-lnx>0,因而a≥

1
2
x2-x
x-lnx
,设y=
1
2
x2-x
x-lnx

y=

(x-1)(x-lnx)-(1-
1
x
)(
1
2
x2-x)
(x-lnx)2
=
(x-1)(
1
2
x+1-lnx)
(x-lnx)2

∵当x∈(1,e)时x-1>0,

1
2
x+1-lnx>0,∴y′>0在x∈[1,e]时成立.

由不等式有解,可得知a≥ymin=-

1
2
,即实数a的取值范围是[-
1
2
,+∞)…(10分)

(3)不等式f(x0)-f(x0)>g(x0)+

1
g(x0)
等价于alnx0-
a
x0
x0+
1
x0

整理得x0-alnx0+

1+a
x0
<0,设m(x)=x-alnx+
1+a
x

则由题意可知只需在[1,e]上存在一点x0,使得m(x0)<0.

对m(x)求导数,得m(x)=1-

a
x
-
1+a
x2
=
x2-ax-(1+a)
x2
=
(x-1-a)(x+1)
x2

因为x>0,所以x+1>0,令x-1-a=0,得x=1+a.…(12分)

①若1+a≤1,即a≤0时,令m(1)=2+a<0,解得a<-2.

②若1<1+a≤e,即0<a≤e-1时,m(x)在1+a处取得最小值,

令m(1+a)=1+a-aln(1+a)+1<0,即1+a+1<aln(1+a),可得

a+1+1
a
<ln(a+1)

考察式子

t+1
t-1
<lnt,因为1<t≤e,可得左端大于1,而右端小于1,所以不等式不能成立

③当1+a>e,即a>e-1时,m(x)在[1,e]上单调递减,只需m(e)<0,得a>

e2+1
e-1

又因为e-1-

e2+1
e-1
=
-2e
e-1
<0,所以a>
e2+1
e-1

综上所述,实数a的取值范围是(-∞,-2)∪(

e2+1
e-1
,+∞).…(16分)

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