问题 解答题
已知函数f(x)=4lnx-ax+
a+3
x
(a≥0)
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)当a≥1时,设g(x)=2ex-4x+2a,若存在x1,x2∈[
1
2
,2],使f(x1)>g(x2),求实数a的取值范围.(e为自然对数的底数,e=2.71828…)
答案

(Ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞).

f′(x)=

4
x
-a-
a+3
x2
=
-ax2+4x-(a+3)
x2
,(x>0),令h(x)=-ax2+4x-(a+3),

(1)当a=0时,h(x)=4x-3,令h(x)>0,得x

3
4
,此时f′(x)>0;令h(x)<0,得0<x
3
4
,此时f′(x)<0,∴f(x)的减区间为(0,
3
4
],增区间为[
3
4
,+∞
);

(2)当a>0时,△=42-4(-a)[-(a+3)]=-4(a-1)(a+4),

①若a≥1,则△≤0,∴h(x)≤0,f′(x)≤0,∴f(x)在区间(0,+∞)上单调递减.

②若0<a<1,则△>0,x1+x2=

4
a
>0,x1x2=
a+3
a
>0,∴x1=
2-
-(a-1)(a+4)
a
>0
x2=
2+
-(a-1)(a+4)
a
>0

当x∈(0,x1)时,h(x)<0,f′(x)<0,f(x)单调递减,当x∈(x1,x2)时,h(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增,

当x∈(x2,+∞)时,h(x)<0,f′(x)<0,f(x)单调递减.

综上,当a=0时,f(x)的减区间为(0,

3
4
],增区间为[
3
4
,+∞).

当0<a<1时,f(x)的减区间为(0,

2-
-(a-1)(a+4)
a
),(
2+
-(a-1)(a+4)
a
,+∞);增区间为(
2-
-(a-1)(a+4)
a
2+
-(a-1)(a+4)
a
).

当a≥1时,f(x)的减区间为(0,+∞).

(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,当a≥1时,f(x)在[

1
2
,2]上单调递减,∴f(x)在[
1
2
,2]上的最大值为f(
1
2
)=-4ln2+
3
2
a+6

g′(x)=2ex-4,令g′(x)=0,得x=ln2.当x∈[

1
2
,ln2)时,g′(x)<0,∴g(x)单调递减,x∈(ln2,2]时,g′(x)>0,g(x)单调递增,

∴g(x)在[

1
2
,2]上的最小值为g(ln2)=4-4ln2+2a,

由题意可知-4ln2+

3
2
a+6>4-4ln2+2a,解得a<4,又a≥1,

所以实数a的取值范围为[1,4).

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