问题 解答题
已知函数f(x)=2x2+ax,g(x)=lnx,F(x)=f(x)+g(x).
(Ⅰ)若F(x)在x=1处取得极小值,求F(x)的极大值;
(Ⅱ)若F(x)在区间(0,
1
4
)
上是增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)若a=3,问是否存在与曲线y=f(x)和y=g(x)都相切的直线?若存在,判断有几条?并加以证明,若不存在,说明理由.
答案

(Ⅰ)F(x)=f(x)+g(x)=2x2+ax+lnx,

F′(x)=4x+a+

1
x
(x>0),又F(x)在x=1处取得极小值

∴F'(1)=4+a+1=0,∴a=-5,F(x)=2x2-5x+lnx

F′(x)=4x-5+

1
x
=
4x2-5x+1
x
=
(4x-1)(x-1)
x
(x>0)

x(0,
1
4
)
1
4
(
1
4
,1)
1(1,+∞)
F'(x)+0-0+
F(x)极大值极小值
∴F(x)的极大值为F(
1
4
)=-
9
8
-2ln2

(Ⅱ)由F(x)在区间(0,

1
4
)上是增函数得

x∈(0,

1
4
)时,F′(x)=4x+a+
1
x
≥0
恒成立,设h(x)=-(4x+
1
x
)

则a≥h(x),又h′(x)=-(4-

1
x2
)=
1-4x2
x2
>0,∴h(x)在(0,
1
4
)
上是增函数,

∴a≥h(x)maxa≥h(

1
4
)=-5,即实数a的取值范围为[-5,+∞).

(Ⅲ)当a=3时,f(x)=2x2+3x,g(x)=lnx,∴f'(x)=4x+3,g′(x)=

1
x

设直线l与曲线y=f(x)和y=g(x)都相切,切点分别为A(x1,y1),B(x2,y2

则y1=2x12+3x1,y2=lnx2

∴l:y-(2x12+3x1)=(4x1+3)(x-x1),即y=(4x1+3)x-2x12

又l过点B(x2,y2)且f'(x)=g'(x),∴y2=(4x1+3)x2-2x124x1+3=

1
x2

∴lnx2=(4x1+3)x2-2x12,∴-ln(4x1+3)=1-2x12

方程2x12-ln(4x1+3)-1=0有根,设φ(x)=2x2-ln(4x+3)-1,

φ′(x)=4x-

4
4x+3
=
4(4x2+3x-1)
4x+3
=
4(4x-1)(x+1)
4x+3
(x>-
3
4
)

x∈(-

3
4
1
4
)时,φ'(x)<0,φ(x)是减函数,

x∈(

1
4
,+∞)时,φ'(x)>0,φ(x)是增函数,

φ(x)min=φ(

1
4
)=-
7
8
-ln4<0.

又当x>-

3
4
且x趋向于-
3
4
时,φ(x)趋向于+∞,

φ(

e5-3
4
)=2(
e5-3
4
)2-lne5-1>2(
25-3
4
)2-6>0,

∴φ(x)在区间(-

3
4
1
4
)、(
1
4
,+∞)
上各有一个根.

∴与曲线y=f(x)和y=g(x)都相切的直线存在,有2条.

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