问题 解答题
已知函数f(x)=a(x-1)2+lnx+1.
(Ⅰ)当a=-
1
4
时,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)若函数f(x)在区间[2,4]上是减函数,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)当x∈[1,+∞)时,函数y=f(x)图象上的点都在
x≥1
y-x≤0
所表示的平面区域内,求实数a的取值范围.
答案

(Ⅰ)当a=-

1
4
时,f(x)=-
1
4
(x-1)2+lnx+1=-
1
4
x2+
1
2
x+lnx+
3
4
(x>0),

所以f′(x)=-

1
2
x+
1
x
+
1
2
=-
(x-2)(x+1)
2x
(x>0),

由f'(x)>0解得0<x<2;由f'(x)<0解得x>2,

故当0<x<2时,f(x)的单调递增;当x>2时,f(x)单调递减,

∴当x=2时,函数f(x)取得极大值f(2)=

3
4
+ln2.(4分)

(Ⅱ)f′(x)=2a(x-1)+

1
x
,∵函数f(x)在区间[2,4]上单调递减,

∴导数f′(x)=2a(x-1)+

1
x
≤0在区间[2,4]上恒成立,

2a≤

1
-x2+x
在[2,4]上恒成立,只需2a不大于
1
-x2+x
在[2,4]上的最小值即可.(6分)

1
-x2+x
=
1
-(x-
1
2
)
2
+
1
4
(2≤x≤4),则当2≤x≤4时,
1
-x2+x
∈[-
1
2
,-
1
12
]

2a≤-

1
2
,即a≤-
1
4
,故实数a的取值范围是(-∞,-
1
4
]
.(8分)

(Ⅲ)因f(x)图象上的点在

x≥1
y-x≤0
所表示的平面区域内,

即当x∈[1,+∞)时,不等式f(x)≤x恒成立,即a(x-1)2+lnx-x+1≤0恒成立,

设g(x)=a(x-1)2+lnx-x+1(x≥1),只需g(x)max≤0即可.(9分)

g′(x)=2a(x-1)+

1
x
-1=
2ax2-(2a+1)x+1
x

(ⅰ)当a=0时,g′(x)=

1-x
x
,当x>1时,g'(x)<0,函数g(x)在(1,+∞)上单调递减,故g(x)≤g(1)=0成立.(10分)

(ⅱ)当a>0时,由g′(x)=

2ax2-(2a+1)x+1
x
=
2a(x-1)(x-
1
2a
)
x
,令g'(x)=0,得x1=1或x2=
1
2a

①若

1
2a
<1,即a>
1
2
时,在区间(1,+∞)上,g'(x)>0,函数g(x)在(1,+∞)上单调递增,函数g(x)在[1,+∞)上无最大值,不满足条件;

②若

1
2a
≥1,即0<a≤
1
2
时,函数g(x)在(1,
1
2a
)
上单调递减,在区间(
1
2a
,+∞)
上单调递增,同样g(x)在[1,+∞)上无最大值,不满足条件.(12分)

(ⅲ)当a<0时,由g′(x)=

2a(x-1)(x-
1
2a
)
x
,因x∈(1,+∞),故g'(x)<0,则函数g(x)在(1,+∞)上单调递减,故g(x)≤g(1)=0成立.

综上所述,实数a的取值范围是(-∞,0].(14分)

单项选择题
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