问题 解答题
已知函数f(x)=alnx+
1
2
x2
,g(x)=(a+1)x-4.
(Ⅰ)当a=-2时,求函数f(x)在(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)是否存在实数a(a>1),使得对任意的x∈[
1
e
, e]
,恒有f(x)<g(x)成立?若存在,求出实数a的取值范围;若不存在,请说明理由.(注:e为自然对数的底数.)
答案

(Ⅰ)f(x)=-2lnx+

1
2
x2f′(x)=-
2
x
+x
(x>0).            …(3分)

f(1)=

1
2
,∴切点为(1,
1
2
)
,切线斜率k=f'(1)=-1.

∴f(x)在(1,f(1))处的切线方程为2x+2y-3=0.                  …(6分)

(Ⅱ)f(x)<g(x)在x∈[

1
e
, e]上恒成立,也就是h(x)=f(x)-g(x)在x∈[
1
e
, e]
上的最大值小于0.

令h(x)=f(x)-g(x)=alnx+

1
2
x2-(a+1)x+4,

则h'(x)=

a
x
+x-(a+1)=
x2-(a+1)x+a
x
=
(x-1)(x-a)
x
(x>0).     …(9分)

(1)若a≥e,则当x∈[

1
e
, 1]时,h'(x)>0,h(x)单调递增;

当x∈[1,e]时,h'(x)<0,h(x)单调递减.

∴h(x)的最大值为h(1)=-a+

7
2
<0,∴a>
7
2
.                     …(11分)

(2)若1<a<e,则当x∈[

1
e
, 1]时,h'(x)>0,h(x)单调递增;

当x∈[1,a]时,h'(x)<0,h(x)单调递减;

当x∈[a,e]时,h'(x)>0,h(x)单调递增.

∴h(x)的最大值为max{h(1),h(e)},从而

h(1)<0
h(e)<0
.                 …(13分)

其中,由h(1)<0,得a>

7
2
,这与1<a<e矛盾.

综合(1)(2)可知:当a>

7
2
时,对任意的x∈[
1
e
, e]
,恒有f(x)<g(x)成立.…(15分)

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