问题 解答题
已知函数f(x)=ax2-4bx+2alnx(a,b∈R)
(I)若函数y=f(x)存在极大值和极小值,求
b
a
的取值范围;
(II)设m,n分别为f(x)的极大值和极小值,若存在实数,b∈(
e+1
2
e
a,
e2+1
2e
a),使得m-n=1,求a的取值范围.(e为自然对数的底)
答案

(I)f′(x)=2ax-4b+

2a
x
=
2ax2-4bx+2a
x
,其中x>0,

由于函数y=f(x)存在极大值和极小值,

故方程f′(x)=0有两个不等的正实数根,即2ax2-4bx+2a=0有两个不等的正实数根,记为x1,x2,显然a≠0,

所以

△=16(b2-a2)>0
x1+x2=
2b
a
>0
x1x2=1>0
,解得
b
a
>1

(II)由b∈(

e+1
2
e
a,
e2+1
2e
a)得a>0,且
b
a
e+1
2
e
e2+1
2e
),

由(I)知f(x)存在极大值和极小值,

设f′(x)=0的两根为x1,x2(0<x1<x2),则f(x)在(0,x1)上递增,在(x1,x2)上递减,在(x2,+∞)上递增,

所以m=f(x1),n=f(x2),

因为x1x2=1,所以0<x1<1<x2,而且x1+x2=x1+

1
x1
=
2b
a
∈(
e+1
e
e2+1
e
),

由于函数y=x+

1
x
在(0,1)上递减,所以
1
e
x1
1
e

又由于2axi2-4bxi+2a=0(i=1,2)

所以2axi2+2a=4bxi(i=1,2)

所以m-n=f(x1)-f(x2

=ax12-4bx1+2alnx1-ax22+4bx2-2alnx2

=a(x12-x22)-(2ax12+2a-2ax22-2a)+2a(lnx1-lnx2

=-a(x12-

1
x12
)+2alnx12

令t=x12,则m-n=-a(t-

1
t
)+2alnt,令h(t)=-(t-
1
t
)+2lnt(
1
e2
<t<
1
e
),

所以h′(t)=-1-

1
t2
+
2
t
=-
(t-1)2
t2
≤0,所以h(t)在(
1
e2
1
e
)上单调递减,所以e-e-1-2<h(t)<e2-e-2-4,

由m-n=ah(t)=1,知a=

1
h(t)
,所以
1
e2-e-2-4
<a<
1
e-e-1-2

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