问题 解答题

设函数f(x)=x2,g(x)=alnx+bx(a>0).

(Ⅰ)若f(1)=g(1),f'(1)=g'(1),求F(x)=f(x)-g(x)的极小值;

(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,是否存在实常数k和m,使得f(x)≥kx+m和g(x)≤kx+m?若存在,求出k和m的值.若不存在,说明理由.

(Ⅲ)设G(x)=f(x)+2-g(x)有两个零点x1,x2,且x1,x0,x2成等差数列,试探究G'(x0)值的符号.

答案

(1)由f(1)=g(1),f′(1)=g′(1)得

b=1
a+b=2
,解得a=b=1则F(x)=f(x)-g(x)=x2-lnx-x,F′(x)=2x-
1
x
-1

x=1或x=-

1
2
,当x<-
1
2
或x>1时,f′(x)>0,函数为增函数;当-
1
2
<x<1时,f′(x)<0,函数为减函数.

得到F(x)极小值=F(1)=0;

(2)因f(x)与g(x)有一个公共点(1,1),而函数f(x)=x2在点(1,1)的切线方程为y=2x-1,

下面验证

f(x)≥2x-1
g(x)≤2x-1
都成立即可.由x2-2x+1≥0,得x2≥2x-1,知f(x)≥2x-1恒成立.设h(x)=lnx+x-(2x-1),即h(x)=lnx-x+1,易知其在(0,1)上递增,在(1,+∞)上递减,所以h(x)=lnx+x-(2x-1)的最大值为h(1)=0,所以lnx+x≤2x-1恒成立.故存在这样的k和m,且k=2,m=-1.

(3)G′(x0)的符号为正,理由为:因为G(x)=x2+2-alnx-bx有两个零点x1,x2,则有

x12+2-alnx1-bx1=0
x22+2-alnx2-bx2=0
,两式相减得x22-x12-a(lnx2-lnx1)-b(x2-x1)=0,即x2+x1-b=
a(lnx2-lnx1
x2-x1

于是G′(x0)=2x0-

a
x0
-b=(x1+x2-b)-
2a
x1+x2
=
a(lnx2-lnx1
x2-x1
-
2a
x1+x2
=
a
x2-x1
[ln
x2
x1
-
2(x2-x1
x1+x2
]

=

a
x2-x1
[ln
x2
x1
-
2(
x2
x1
-1)
1+
x2
x1
]

①当0<x1<x2时,令

x2
x1
=t,则t>1,且u′(t)=
1
t
-
4
(1+t)2
=
(1-t)2
t(1+t)2
>0,则u(t)=lnt-
2(t-1)
1+t
在(1,+∞)上为增函数,

而u(1)=0,所以u(t)>0,即lnt-

2(t-1)
1+t
>0,又因为a>0,x2-x1>0

所以G′(x0)>0;

②当0<x2<x1时,同理可得:G′(x0)>0

综上所述:G′(x0)的符号为正.

填空题
单项选择题