问题 解答题

已知函数f(x)=(2x2-4ax)lnx+x2(a>0).

(1)求函数f(x)的单调区间;

(2)对∀x∈[1,+∞),不等式(2x-4a)lnx>-x恒成立,求a的取值范围.

答案

(1)f′(x)=

1
x
(2x2-4ax)+lnx(4x-4a)+2x

=4x-4a+lnx(4x-4a)=4(x-a)(lnx+1),(x>0).

①若0<a<

1
e
,当x∈(0,a),x∈(
1
e
,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈(a,
1
e
)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,

所以f(x)的单调递增区间是(0,a),(

1
e
,+∞);单调递减区间是(a,
1
e
).

②若a=

1
e
,f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上单调递增.

③若a>

1
e
,当x∈(0,
1
e
),x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;当x∈(
1
e
,a)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,

所以f(x)的单调递增区间是(0,

1
e
),(a,+∞);单调递减区间是(
1
e
,a).

(2)因为x≥1,所以由(2x-4a)lnx>-x,得

(2x2-4ax)lnx+x2>0,即函数f(x)>0对x≥1恒成立,

由(Ⅰ)可知,当0<a≤

1
e
时,f(x)在,[1,+∞)上单调递增,则f(x)min=f(1)>0,成立,故0<a≤
1
e

1
e
<a≤1,则f(x)在[1,+∞)上单调递增,f(x)min=f(1)=1>0恒成立,符合要求.

当a>1时,f(x)在(1,a)上单调递减,(a,+∞)上单调递增,则

f(x)min=f(a)>0,即(2a2-4a2)lna+a2>0,1<a<

e

综上所述,0<a<

e

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