问题 解答题
设a>0,函数f(x)=x-a
x2+1
+a

(I)若f(x)在区间(0,1]上是增函数,求a的取值范围;
(Ⅱ)求f(x)在区间(0,1]上的最大值.
答案

(I)对函数f(x)求导数,得f′(x)=1-

ax
x2+1
.(2分)

要使f(x)在区间(0,1]上是增函数,只要f′(x)=1-

ax
x2+1
≥0在(0,1]上恒成立,

a≤

x2+1
x
=
1+
1
x2
在(0,1]上恒成立(4分)

因为

1+
1
x2
在(0,1]上单调递减,所以
1+
1
x2
在(0,1]
上的最小值是
2

注意到a>0,所以a的取值范围是(0,

2
].(6分)

(II)①当0<a≤

2
时,由(I)知,f(x)在区间(0,1]上是增函数,

此时f(x)在区间(0,1]上的最大值是f(1)=1+(1-

2
)a.(8分)

②当a>

2
时,令f′(x)=1-
ax
x2+1
=0,

解得x=

1
a2-1
∈(0,1).(10分)

因为0<x<

1
a2-1
时,f′(x)>0;
1
a2-1
<x<1时,f′(x)<0,

所以f(x)在(0,

1
a2-1
)上单调递增,在(
1
a2-1
,1)上单调递减,

此时f(x)在区间(0,1]上的最大值是f(

1
a2-1
)=a-
a2-1
.(13分)

综上,当0<a≤

2
时,f(x)在区间(0,1]上的最大值是1+(1-
2
)a

a>

2
时,f(x)在区间(0,1]上的最大值是a-
a2-1
.(14分)

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