问题 解答题
已知函数f(x)=ax2+lnx,f1(x)=
1
6
x2+
4
3
x+
5
9
lnx,f2(x)=
1
2
x2+2ax,a∈R

(1)求证:函数f(x)在点(e,f(e))处的切线横过定点,并求出定点的坐标;
(2)若f(x)<f2(x)在区间(1,+∞)上恒成立,求a的取值范围;
(3)当a=
2
3
时,求证:在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
答案

(1)因为f′(x)=2ax+

1
x
,所以f(x)在点(e,f(e))处的切线的斜率为k=2ae+
1
e

所以f(x)在点(e,f(e))处的切线方程为y=(2ae+

1
e
)(x-e)+ae2+1,

整理得y-

1
2
=(2ae+
1
e
)(x-
e
2
),所以切线恒过定点(
e
2
1
2
)

(2)令p(x)=f(x)-f2(x)=(a-

1
2
)x2-2ax+lnx<0,对x∈(1,+∞)恒成立,

因为p′(x)=(2a-1)x-2a+

1
x
=
(2a-1)x2-2ax+1
x
=
(x-1)[(2a-1)x-1]
x
(*)

令p'(x)=0,得极值点x1=1,x2=

1
2a-1

①当

1
2
<a<1时,有x2>x1=1,即
1
2
<a<1
时,在(x2,+∞)上有p'(x)>0,

此时p(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,并且在该区间上有p(x)∈(p(x2),+∞),不合题意;

②当a≥1时,有x2<x1=1,同理可知,p(x)在区间(1,+∞)上,有p(x)∈(p(1),+∞),也不合题意;

③当a≤

1
2
时,有2a-1≤0,此时在区间(1,+∞)上恒有p'(x)<0,

从而p(x)在区间(1,+∞)上是减函数;

要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足p(1)=-a-

1
2
≤0⇒a≥-
1
2

所以-

1
2
≤a≤
1
2

综上可知a的范围是[-

1
2
1
2
].

(3)当a=

2
3
时,f1(x)=
1
6
x2+
4
3
x+
5
9
lnx,f2(x)=
1
2
x2+
4
3
x

y=f2(x)-f1(x)=

1
3
x2-
5
9
lnx,x∈(1,+∞).

因为y′=

2x
3
-
5
9x
=
6x2-5
9x
>0,所以y=f2(x)-f1(x)在(1,+∞)上为增函数,

所以f2(x)-f1(x)>f2(1)-f1(1)=

1
3
,设R(x)=f1(x)+
1
3
λ,(0<λ<1)
,则f1(x)<R(x)<f2(x),

所以在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.

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