问题 解答题
已知函数f(x)=x+
a2
x
,g(x)=x+lnx,其中a>0.
(Ⅰ)若x=1是函数h(x)=f(x)+g(x)的极值点,求实数a的值;
(Ⅱ)是否存在正实数a,使对任意的x1,x2∈[1,e](e为自然对数的底数)都有f(x1)≥g(x2)成立,若存在,求出实数a的取值范围;若不存在,说明理由.
答案

(1)∵h(x)=2x+

a2
x
+lnx,其定义域为(0,+∞),∴h′(x)=2-
a2
x2
+
1
x

∵x=1是函数h(x)的极值点,∴h'(1)=0,即3-a2=0,∵a>0,∴a=

3

经检验,当a=

3
时,x=1是函数h(x)的极值点,∴a=
3

(2)假设存在实数a,对任意的x1,x2∈[1,e]都有f(x1)≥g(x2)成立,

等价于对任意的x1,x2∈[1,e]时,都有[f(x)]min≥[g(x)]max,当x∈[1,e]时,g′(x)=1+

1
x
>0.

∴函数g(x)=x+lnx在[1,e]上是增函数.∴[g(x)]max=g(e)=e+1.

f′(x)=1-

a2
x2
=
(x+a)(x-a)
x2
,且x∈[1,e],a>0,

①当0<a<1且x∈[1,e]时,f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
>0,

∴函数f(x)=x+

a2
x
在[1,e]上是增函数.∴[f(x)]min=f(1)=1+a2

由1+a2≥e+1,得  a≥

e
,又0<a<1,∴a  不合题意.

②当1≤a≤e时,

若1≤x<a,则f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
<0,若a<x≤e,则f′(x)=
(x+a)(x-a)
x2
>0

∴函数f(x)=x+

a2
x
在[1,a)上是减函数,在(a,e]上是增函数.

∴[f(x)]min=f(a)=2a.2a≥e+1,得  a≥

e+1
2
,1≤a≤e,∴
e+1
2
≤a≤e.

③当a>e且x∈[1,e]时,f′(x)=

(x+a)(x-a)
x2
<0,

∴函数f(x)=x+

a2
x
在[1,e]上是减函数.∴[f(x)]min=f(e)=e+
a2
e

e+

a2
e
≥e+1,得  a≥
e
,又a>e,∴a>e.

综上所述,存在正实数a的取值范围为 [

e+1
2
,+∞).

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