问题 解答题
已知函数f(x)=
2ax+a2-1
x2+1
,其中a∈R.
(1)若a=1时,记h(x)=
1
2
mf(x),g(x)=(lnx)2
+2ex-2,存在x1,x2∈(0,1]使h(x1)>g(x2)成立,求实数m的取值范围;
(2)若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,求a的取值范围.
答案

(1)g′(x)=

2lnx
x
+2e,g′(x)=0⇒x=e-1

x∈(0,e-1),g'(x)<0,g(x)递减;x∈(e-1,1),g'(x)>0,g(x)递增,

g(x)min=g(e-1)=1,∴h(x)=

mx
1+x2

显然m>0,则h(x)在(0,1]上是递增函数,h(x)max=m,

∴m>1,

所以存在x1,x2∈(0,1]使h(x1)>g(x2)成立时,实数m的取值范围是(1,+∞);

(2)f′(x)=

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

①当a=0时,f′(x)=

2x
(x2+1)2

所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减,f(x)在[0,+∞)上不存在最大值和最小值;

当a≠0,f(x)=

-2a(x+a)(x-
1
a
)
(x2+1)2

②当a>0时,令f'(x)=0,得x1=-a<0,x2=

1
a
,f(x)与f'(x)的情况如下:

x(0,x2x2(x2,+∞)
f'(x)+0-
f(x)f(x2
故f(x)的单调减区间是(
1
a
,+∞)
;单调增区间是(0,
1
a
)

当a>0时,由上得,f(x)在(0,

1
a
)单调递增,在(
1
a
,+∞)
单调递减,

所以f(x)在(0,+∞)上存在最大值f(

1
a
)=a2>0.

又因为

lim
x→∞
f(x)=
lim
x→∞
2ax+a2-1
x2+1
=0,

设x0为f(x)的零点,易知x0=

1-a2
2a
,且x0
1
a
.从而x>x0时,f(x)>0;x<x0时,f(x)<0.

若f(x)在[0,+∞)上存在最小值,必有f(0)≤0,解得-1≤a≤1.

所以a>0时,若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,a的取值范围是(0,1].

③当a<0时,f(x)与f'(x)的情况如下:

x(0,x1x1(x1,+∞)
f'(x)-0+
f(x)f(x1
所以f(x)的单调增区间是(-a,+∞);单调减区间是(0,-a),f(x)在(0,-a)单调递减,在(-a,+∞)单调递增,

所以f(x)在(0,+∞)上存在最小值f(-a)=-1.

又因为

lim
x→∞
f(x)=
lim
x→∞
2ax+a2-1
x2+1
=0,

若f(x)在[0,+∞)上存在最大值,必有f(0)≥0,解得a≥1,或a≤-1.

所以a<0时,若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,a的取值范围是(-∞,-1].

综上,a的取值范围是(-∞,-1]∪(0,1].

单项选择题
单项选择题 A3/A4型题