问题
解答题
已知函数f(x)=x2+
(1)若a=-4,求函数f(x)的单调性; (2)若函数f(x)在[1,+∞)上单调递增,求实数a的取值范围; (3)记函数g(x)=x2f′(x),若g(x)的最小值是-
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答案
(1)当a=-4时,f(x)=x2+
-4lnx,(x>0)2 x
f′(x)=2x -
-2 x2
=4 x
=2x3-4x-2 x2 2(x2-x-1)(x+1) x2
令f′(x)=0,则x=1+ 5 2
∵x∈(0,
)时,f′(x)<0,∵当x∈(1+ 5 2
,+∞)时,f′(x)>0,1+ 5 2
∴(0,
)为函数f(x)=x2+1+ 5 2
-4lnx的单调递减区间,2 x
∴(
,+∞)为函数f(x)=x2+1+ 5 2
-4lnx的单调递增区间;2 x
(2)∵f′(x)=2x3+ax-2 x2
若函数f(x)在[1,+∞)上单调递增,
则f′(x)≥0在[1,+∞)上恒成立
即2x3+ax-2≥0在[1,+∞)上恒成立
即a≥
在[1,+∞)上恒成立1-x4 x
令h(x)=
,则h′(x)=1-x4 x
<0恒成立-3x4-1 x2
故h(x)=
在[1,+∞)上单调递减1-x4 x
当x=1时,h(x)取最大值0
故a≥0,即实数a的取值范围为[0,+∞)
(3)g(x)=x2f′(x)=2x3+ax-2
则g′(x)=6x2+a,
当a≥0时,g′(x)≥0恒成立
此时g(x)在定义域(0,+∞)上无最小值
当a<0时,令g′(x)=6x2+a=0
则x=- a 6
∵x∈(0,
)时,f′(x)<0,∵当x∈(- a 6
,+∞)时,f′(x)>0,- a 6
∴(0,
)为函数g(x)的单调递减区间,- a 6
∴(
,+∞)为函数g(x)的单调递增区间;- a 6
当x=
时,g(x)的最小值g(- a 6
)=2- a 6
3+a- a 6
-2=-- a 6
,5 2
解得a=-3 2
∴f(x)=x2+
-2 x
lnx3 2