问题 解答题
已知函数f(x)=lnx-ax+
1-a
x
-1
(a∈R).
(Ⅰ) 当a≥0时,讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)设g(x)=x2-2bx+4.当a=
1
4
时,
(i)若对任意x1∈(0,2),存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),求实数b取值范围.
(ii) 对于任意x1,x2∈(1,2]都有|f(x1)-f(x2)|≤λ|
1
x1
-
1
x2
|
,求λ的取值范围.
答案

(Ⅰ)函数f(x)的定义域为(0,+∞),

因为f′(x)=

1
x
-a-
1-a
x2
=
-ax2+x+a-1
x2

所以当a=0时,f′(x)=

x-1
x2
,令f′(x)=
x-1
x2
>0
得x>1,

所以此时函数f(x)在(1,+∞)上是增函数,在(0,1)是减函数;-----------------------------(2分)

a=

1
2
时,f′(x)=
-x2+2x+-1
2x2
=
-(x-1)2
2x2
≤0
,所以此时函数f(x)在(0,+∞)是减函数;

0<a<

1
2
时,令f′(x)=
-ax2+x+a-1
x2
>0
,解得1<x<
1
a
-1

此时函数f(x)在(1,

1
a
-1)是增函数,在(0,1)和(
1
a
-1,+∞)
上是减函数;----------------------------------------------(4分)

1
2
<a<1,令f′(x)=
-ax2+x+a-1
x2
>0
,解得
1
a
-1<x<1

此时函数f(x)在(

1
a
-1,1)是增函数,在(0,
1
a
-1)和(1,+∞)
上是减函数;-----------------------------------------(6分)

当a≥1,由于

1
a
-1≤0,令f′(x)=
-ax2+x+a-1
x2
>0
,解得0<x<1,

此时函数f(x)在(0,1)是增函数,在(1,+∞)上是减函数.--------------------------------------------(8分)

(Ⅱ) (i)当a=

1
4
时,f(x)在(0,1)上是减函数,在(1,2)上是增函数,所以对任意x1∈(0,2),

f(x1)≥f(1)=-

1
2
,又已知存在x2∈[1,2],使f(x1)≥g(x2),所以-
1
2
≥g(x2)
,x2∈[1,2],

即存在x∈[1,2],使g(x)=x2-2bx+4≤-

1
2
,即2bx≥x2+
9
2
,即2b≥x+
9
2
x
[
17
4
11
2
]

所以2b≥

17
4
,解得b≥
17
8
,即实数b取值范围是[
17
8
,+∞)
.--------------------(12分)

(ii)不妨设1<x1≤x2≤2,由函数f(x)在(1,2]上是增函数,函数y=

1
x
在(1,2]是减函数,

|f(x1)-f(x2)|≤λ|

1
x1
-
1
x2
|等价于f(x2)-f(x1)≤λ(
1
x1
-
1
x2
)

所以f(x2)+λ

1
x2
≤f(x1)+λ
1
x1

h(x)=f(x)+

λ
x
=lnx-
1
4
x+
3
4x
+
λ
x
是减函数,

所以h'(x)≤0在(1,2]上恒成立,即

3
4
+λ≥x-
1
4
x2=-
1
4
(x-2)2+1,解得λ≥
1
4
.---------(16分)

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