问题 解答题
已知函数f(x)=x+
a2
x
,g(x)=x+lnx,其中a>0.
(I)若x=1是函数h(x)=f(x)+g(x)的极值点,求实数a的值;
(Ⅱ)若对任意的x1∈[1,e],都存在x2∈[1,e](其中为e自然对数的底数)使得f(x1)<g(x2)成立,求实数a的取值范围.
答案

(Ⅰ)∵h(x)=2x+

a2
x
+lnx,其定义域为(0,+∞),…(1分)

h′(x)=2-

a2
x2
+
1
x
x∈(0,+∞)
…(2分)

∵x=1是函数h(x)的极值点,

∴h'(1)=0,即3-a2=0

∵a>0,∴a=

3
.                                          …(4分)

经检验当a=

3
时,x=1是函数h(x)的极值点,

a=

3
…(5分)

(Ⅱ)对任意的x1∈[1,e],都存在x2∈[1,e]使得f(x1)<g(x2

成立等价于f(x)max<g(x)max…(6分)

当x∈[1,e]时,g′(x)=1+

1
x
>0,

∴函数g(x)=x+lnx在[1,e]上是增函数,

∴g(x)max=g(e)=e+1…(7分)

f′(x)=1-

a2
x2
=
(x+a)(x-a)
x2
,x∈[1,e],a>0

①当0<a≤1时,x∈[1,e],f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
≥0,

∴函数f(x)=x+

a2
x
在[1,e]上是增函数,

f(x)max=f(e)=e+

a2
e
e+
a2
e
<e+1

即f(x)max<g(x)max恒成立,满足题意;       …(9分)

②当1<a<e时,若1≤x<a,则f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
<0,

若a<x≤e,则f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
>0

∴函数f(x)=x+

a2
x
在[1,a)上是减函数,在(a,e]上是增函数,

而f(1)=1+a2f(e)=e+

a2
e

a)f(1)<f(e)即1<a<

e
时,

f(x)max=f(e)=e+

a2
e
e+
a2
e
<e+1

即f(x)max<g(x)max恒成立;

b)f(1)≥f(e)即

e
≤a≤e时,

f(x)max=f(1)=1+a2

此时,f(x)max≥g(x)max,不合题意;               …(12分)

③当a≥e时,x∈[1,e],f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
≤0,

∴函数f(x)=x+

a2
x
在[1,e]上是减函数,

∴f(x)max=f(1)=1+a2

此时,f(x)max>g(x)max,不合题意;                    …(13分)

综上知,a的取值范围为(0,

e
).                             …(14分)

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