问题 解答题
已知函数f(x)=x2-2a(-1)k lnx(k∈N*,a∈R且a>0),
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若k=2014时,关于x的方程f(x)=2ax有唯一解,求a的值;
(3)当k=2013时,证明:对一切x>0∈(0,+∞),都有f(x)-x2>2a(
1
ex
-
2
ex
)成立.
答案

(1)由已知得x>0且f(x)=2x-(-1)k

2a
x

当k是奇数时,f′(x)>0,则f(x)在(0,+∞)上是增函数;

当k是偶数时,则f′(x)=

2(x+
a
)(x-
a
)
x

所以当x∈(0,

a
)时,f′(x)<0,当x∈(
a
,+∞)时,f′(x)>0.

故当k是偶数时,f (x)在(0,

a
)上是减函数,在(
a
,+∞)上是增函数.…(4分)

(2)若k=2014,则f(x)=x2-2alnx.

记g(x)=f(x)-2ax=x2-2alnx-2ax,∴g′(x)=

2
x
(x2-ax-a),

若方程f(x)=2ax有唯一解,即g(x)=0有唯一解;    

令g′(x)=0,得x2-ax-a=0.

因为a>0,x>0,所以x1=

a-
a2+4a
2
<0(舍去),x2=
a+
a2+4a
2
.  

当x∈(0,x2)时,g′(x)<0,g(x)在(0,x2)是单调递减函数;

当x∈(x2,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在(x2,+∞)上是单调递增函数.

当x=x2时,g′(x2)=0,g(x)min=g(x2).    

因为g(x)=0有唯一解,所以g(x2)=0.

x22-2alnx2-2ax2=0
x22-ax2-a=0
 

设函数h(x)=2lnx+x-1,

因为在x>0时,h (x)是增函数,所以h (x)=0至多有一解.

因为h(1)=0,所以方程(*)的解为x 2=1,从而解得a=

1
2
…(10分)

(3)证明:当k=2013时,问题等价于证明xlnx>

x
ex
-
2
e
(x∈(0,+∞))

由导数可求φ(x)=xlnx(x∈(0,+∞))的最小值是-

1
e
,当且仅当x=
1
e
时取到,

m(x)=

x
ex
-
2
e
(x∈(0,+∞)),则m′(x)=
1-x
ex

m(x)max=m(1)=-

1
e
,当且仅当x=1时取到,

从而对一切x∈(0,+∞),都有lnx>

1
ex
-
2
ex
成立.故命题成立.…(16分)

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