问题 解答题
已知函数f(x)=2lnx-x2(x>0).
(1)求函数f(x)的单调区间与最值;
(2)若方程2xlnx+mx-x3=0在区间[
1
e
,e]
内有两个不相等的实根,求实数m的取值范围;  (其中e为自然对数的底数)
(3)如果函数g(x)=f(x)-ax的图象与x轴交于两点A(x1,0),B(x2,0),且0<x1<x2,求证:g'(px1+qx2)<0(其中,g'(x)是g(x)的导函数,正常数p,q满足p+q=1,q>p)
答案

(1)∵f′(x)=

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

∴当0<x<1时,f'(x)>0,f(x)单调递增;当x>1时,f'(x)<0,f(x)单调递减.

∴当x=1时,f(x)有极大值,也是最大值,即为-1,但无最小值.

故f(x)的单调递增区间为(0,1),单调递减区间为(1,+∞);最大值为-1,但无最小值.

(2)方程2xlnx+mx-x3=0化为-m=2lnx-x2,由(1)知,f(x)在区间[

1
e
,e]上的最大值为-1,f(
1
e
)=-2-
1
e2
,f(e)=2-e2f(e)<f(
1
e
)

∴f(x)在区间[

1
e
,e]上的最小值为-2-
1
e2

故-m=2lnx-x2在区间[

1
e
,e]上有两个不等实根需满足-2-
1
e2
≤-m<-1

1<m≤2+

1
e2
,∴实数m的取值范围为(1,2+
1
e2
]

(3)∵g′(x)=

2
x
-2x-a,又f(x)-ax=0有两个实根x1,x2

2lnx1-x12-ax1=0
2lnx2-x22-ax2=0.
两式相减,得2(lnx1-lnx2)-(x12-x22)=a(x1-x2

a=

2(lnx1-lnx2)
x1-x2
-(x1+x2),(x1>0,x2>0)

于是g/(px1+qx2)=

2
px1+qx2
-2(px1+qx2)-
2(lnx1-lnx2)
x1-x2
+(x1+x2)

=

2
px1+qx2
-
2(lnx1-lnx2)
x1-x2
+(2p-1)(x2-x1).

∵q>p,∴2q≥1,∵2p≤1,∴(2p-1)(x2-x1)<0.

要证:g′(px1+qx2)<0,只需证:

2
px1+qx2
+
2(lnx1-lnx2)
x2-x1
<0.

只需证:

x2-x1
px1+qx2
+ln
x1
x2
<0.(*)

x1
x2
=t∈(0,1),∴(*)化为
1-t
pt+q
+lnt<0

只证u(t)=lnt+

1-t
pt+q
<0即可.u/(t)=
1
t
+
-(pt+q)-(1-t)•p
(pt+q)2
=
1
t
-
1
(pt+q)2
=
(pt+q)2-t
t(pt+q)2

=

p2(t-1)(t-
q2
p2
)
t(pt+q)2
q2
p2
>1,0<t<1,

∴t-1<0.∴u′(t)>0,∴u(t)在(0,1)上单调递增,∴u(t)<u(1)=0

∴u(t)<0,∴lnt+

1-t
pt+q
<0.

即:

x2-x1
px1+qx2
+ln
x1
x2
<0.∴g′(px1+qx2)<0.

多项选择题
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