问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-ax+
1-a
x
-1
(a∈R).
(Ⅰ)当a≤
1
2
时,讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)设g(x)=x2-2bx+4.当a=
1
4
时,若对任意x1∈(0,2),存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),求实数b取值范围.
答案

(Ⅰ)f(x)=lnx-ax+

1-a
x
-1(x>0),f′(x)=
l
x
-a+
a-1
x2
=
-ax2+x+a-1
x2
(x>0)

令h(x)=ax2-x+1-a(x>0)

(1)当a=0时,h(x)=-x+1(x>0),

当x∈(0,1),h(x)>0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;

当x∈(1,+∞),h(x)<0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.

(2)当a≠0时,由f′(x)=0,即ax2-x+1-a=0,解得x1=1,x2=

1
a
-1.

a=

1
2
时x1=x2,h(x)≥0恒成立,此时f′(x)≤0,函数f(x)单调递减;

0<a<

1
2
时,
1
a
-1>1>0
,x∈(0,1)时h(x)>0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;

x∈(1,

1
a
-1)时,h(x)<0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增;

x∈(

1
a
-1,+∞)时,h(x)>0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减.

当a<0时

1
a
-1<0,当x∈(0,1),h(x)>0,f′(x)<0,函数f(x)单调递减;

当x∈(1,+∞),h(x)<0,f′(x)>0,函数f(x)单调递增.

综上所述:当a≤0时,函数f(x)在(0,1)单调递减,(1,+∞)单调递增;

a=

1
2
时x1=x2,h(x)≥0恒成立,此时f′(x)≤0,函数f(x)在(0,+∞)单调递减;

0<a<

1
2
时,函数f(x)在(0,1)单调递减,(1,
1
a
-1)
单调递增,(
1
a
-1,+∞)
单调递减.

(Ⅱ)当a=

1
4
时,f(x)在(0,1)上是减函数,在(1,2)上是增函数,所以对任意x1∈(0,2),

f(x1)≥f(1)=-

1
2

又已知存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),所以-

1
2
≥g(x2),x2∈[1,2],(※)

又g(x)=(x-b)2+4-b2,x∈[1,2]

当b<1时,g(x)min=g(1)=5-2b>0与(※)矛盾;

当b∈[1,2]时,g(x)min=g(b)=4-b2≥0也与(※)矛盾;

当b>2时,g(x)min=g(2)=8-4b≤-

1
2
,b≥
17
8

综上,实数b的取值范围是[

17
8
,+∞).

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