问题 解答题
已知函数f(x)=ln(ax+1)+x3-x2-ax.
(Ⅰ)若x=
2
3
为f(x)的极值点,求实数a的值;
(Ⅱ)若y=f(x)在[1,+∞)上为增函数,求实数a的取值范围;
(Ⅲ)若a=-1使,方程f(1-x)-(1-x)3=
b
x
有实根,求实数b的取值范围.
答案

(I)f′(x)=

a
ax+1
+3x2-2x-a=
x[3ax2+(3-2a)x-(a2+2)]
ax+1

x=

2
3
为f(x)的极值点,∴f′(
2
3
)=0

3a(

2
3
)2+
2
3
(3-2a)-(a2+2)=0且
2
3
a+1≠0,解得a=0

又当a=0时,f'(x)=x(3x-2),从而x=

2
3
为f(x)的极值点成立.

(II)因为f(x)在[1,+∞)上为增函数,

所以

x[3ax2+(3-2a)x-(a2+2)]
ax+1
≥0在[1,+∞)上恒成立.(6分)

若a=0,则f'(x)=x(3x-2),此时f(x)在[1,+∞)上为增函数成立,故a=0符合题意

若a≠0,由ax+1>0对x>1恒成立知a>0.

所以3ax2+(3-2a)x-(a2+2)≥0对x∈[1,+∞)上恒成立.

令g(x)=3ax2+(3-2a)x-(a2+2),其对称轴为x=

1
3
-
1
2a

因为a>0,所以

1
3
-
1
2a
1
3
,从而g(x)在[1,+∞)上为增函数.

所以只要g(1)≥0即可,即-a2+a+1≥0成立

解得

1-
5
2
≤a≤
1+
5
2

又因为a>0,所以0<a≤

1+
5
2
.(10分)

综上可得0≤a≤

1+
5
2
即为所求

(III)若a=-1时,方程f(1-x)-(1-x)3=

b
x

可得lnx-(1-x)2+(1-x)=

b
x

即b=xlnx-x(1-x)2+x(1-x)=xlnx+x2-x3在x>0上有解

即求函数g(x)=xlnx+x2-x3的值域.

法一:b=x(lnx+x-x2)令h(x)=lnx+x-x2

h′(x)=

1
x
+1-2x=
(2x+1)(1-x)
x
∵x>0∴当0<x<1时,h'(x)>0,

从而h(x)在(0,1)上为增函数;

当x>1时,h'(x)<0,从而h(x)在(1,+∞)上为减函数.

∴h(x)≤h(1)=0,而h(x)可以无穷小.∴b的取值范围为(-∞,0](15分)

法二:g'(x)=lnx+1+2x-3x2g″(x)=

1
x
+2-6x=-
6x2-2x-1
 
x

0<x<

1+
7
6
时,g″(x)>0,所以g′(x)在0<x<
1+
7
6
上递增;

x>

1+
7
6
时,g″(x)<0,所以g′(x)在c>
1+
7
6
上递减;

又g'(1)=0,∴令g′(x0)=0,0<x0

1+
7
6
∴当0<x<x0时,g'(x)<0,

所以g(x)在0<x<x0上递减;当x0<x<1时,g'(x)>0,

所以g(x)在x0<x<1上递增;当x>0时,g(x)<0,所以g(x)在x>1上递减;

又当x→+∞时,g(x)→-∞,g(x)=xlnx+x2-x3=x(lnx+x-x2)≤x(lnx+

1
4
)

当x→0时,lnx+

1
4
<0,则g(x)<0,且g(1)=0所以b的取值范围为(-∞,0]

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