问题 解答题
已知函数f(x)=ln(
1
2
+
1
2
ax)+x2-ax (a为常数,a>0)
(1)当a=1时,求函数f(x)在x=1处的切线方程;
(2)当y=f(x)在x=
1
2
处取得极值时,若关于x的方程f(x)-b=0在[0,2]上恰有两个不相等的实数根,求实数b的取值范围;
(3)若对任意的a∈(1,2),总存在x0∈[
1
2
,1],使不等式f(x0)>m(a2+2a-3)成立,求实数m的取值范围.
答案

(1)a=1时,f(x)=ln(

1
2
+
1
2
x)+x2-x,

f(x)=

1
1+x
+2x-1,于是f(1)=
3
2

又f(1)=0,即切点为(1,0),

∴切线方程为y=

3
2
(x-1);

(2)f(x)=

a
1+ax
+2x-a,f(
1
2
)=
a
1+
1
2
a
+1-a=0
,即a2-a-2=0,

∵a>0,∴a=2,

此时,f(x)=

2x(2x-1)
1+2x
,∴x∈[0,
1
2
]
上递减,[
1
2
,2]
上递增,

f(0)=ln

1
2
,f(
1
2
)=-
3
4
,f(2)=ln
5
2

-

3
4
<b≤ln
1
2

(3)f′(x)=

a
1+ax
+2x-a=
2ax2+(2-a2)x
1+ax
=
x[2ax-(a2-2)]
1+ax

∵1<a<2,∴

a2-2
2a
-
1
2
=
(a-2)(a+1)
2a
<0,即
a2-2
2a
1
2

∴f(x)在[

1
2
,2]上递增,∴f(x)max=f(1)=ln(
1
2
+
1
2
a
)+1-a,

问题等价于对任意的a∈(1,2),不等式ln(

1
2
+
1
2
a)+1-a>m(a2+2a-3)成立,

设h(a)=ln(

1
2
+
1
2
a)+1-a-m(a2+2a-3)(1<a<2),

则h′(a)=

1
1+a
-1-2ma-2m=
-2ma2-(4m+1)a-2m
a+1

又h(1)=0,∴h(a)在1右侧需先增,∴h′(1)≥0,m≤-

1
8

设g(a)=-2ma2-(4m+1)a-2m,对称轴a=-1-

1
4m
≤1,

又-2m>0,g(1)=-8m-1≥0,

所以在(1,2)上,g(a)>0,即h′(a)>0,

∴h(a)在(1,2)上单调递增,h(a)>h(1)=0,即ln(

1
2
+
1
2
a)+1-a>m(a2+2a-3),

于是,对任意的a∈(1,2),总存在x0∈[

1
2
,1],使不等式f(x0)>m(a2+2a-3)成立,

m≤-

1
8

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