问题 解答题
已知函数f(x)=-x2+ax-lnx(a∈R).
(1)当a=3时,求函数f(x)在[
1
2
,2]
上的最大值和最小值;
(2)当函数f(x)在(
1
2
,2)
单调时,求a的取值范围;
(3)求函数f(x)既有极大值又有极小值的充要条件.
答案

(1)a=3时,f′(x)=-2x+3-

1
x
=-
2x2-3x+1
x
=-
(2x-1)(x-1)
x

函数f(x)在区间(

1
2
,2)仅有极大值点x=1,故这个极大值点也是最大值点,

故函数在[

1
2
,2]最大值是f(1)=2,

f(2)-f(

1
2
)=(2-ln2)-(
5
4
+ln2)=
3
4
-2ln2<0,故f(2)<f(
1
2
)

故函数在[

1
2
,2]上的最小值为f(2)=2-ln2.

(2)f′(x)=-2x+a-

1
x
,令g(x)=2x+
1
x
,则g′(x)=2-
1
x2

则函数在(

1
2
2
2
)递减,在(
2
2
,2)
递增,由g(
1
2
)=3
g(2)=
9
2
g(
2
2
)=2
2

故函数g(x)在(

1
2
,2)的值域为[2
2
9
2
)

若f'(x)≤0在(

1
2
,2)恒成立,即a≤2x+
1
x
(
1
2
,2)
恒成立,只要a≤2
2

若要f'(x)≥0在在(

1
2
,2)恒成立,即a≥2x+
1
x
(
1
2
,2)
恒成立,

只要a≥

9
2
.即a的取值范围是(-∞,2
2
]∪[
9
4
,+∞)

(3)若f(x)既有极大值又有极小值,则首先必须f'(x)=0有两个不同正根x1,x2,即2x2-ax+1=0有两个不同正根.

故a应满足

△>0
a
2
>0
a2-8>0
a>0
⇒a>2
2

∴当a>2

2
时,f'(x)=0有两个不等的正根,不妨设x1<x2

由f'(x)=-

1
x
(2x2-ax+1)=-
2
x
(x-x1)(x-x2)知:

0<x<x1时f'(x)<0;x1<x<x2时f'(x)>0;x>x2时f'(x)<0,

∴当a>2

2
时f(x)既有极大值f(x2)又有极小值f(x1).

反之,当a>2

2
时,2x2-ax+1=0有两个不相等的正根,

故函数f(x)既有极大值又有极小值的充要条件a>2

2

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