问题 解答题
函数f(x)=x2+bln(x+1),其中b∈R.
(1)若函数f(x)在其定义域内是单调函数,求b的取值范围;
(2)若对f(x)定义域内的任意x,都有f(x)≥f(1),求b的值;
(3)设a>1,g(x)=x3-2a2x+a2-2a.当b=
1
2
时,若存在x1,x2∈[0,1],使得|f(x1)-g(x2)|<
1
2
,求实数a的取值范围.
答案

(1)f/(x)=2x+

b
x+1
=
2x2+2x+b
x+1
(x>-1),

由题意,f′(x)≥0在(-1,+∞)内恒成立,或f′(x)≤0在(-1,+∞)内恒成立.

若f′(x)≥0,则2x2+2x+b≥0,即b≥-2x2-2x=-2(x+

1
2
2+
1
2
恒成立,

显然,-2(x+

1
2
2+
1
2
在(-1,+∞)内的最大值为
1
2
,所以b
1
2

f′(x)≤0,则2x2+2x+b≤0,

显然,该不等式在(-1,+∞)内不恒成立;

综上,所求b的取值范围为[

1
2
,+∞);

(2)由题意,f(1)是函数的最小值也是极小值.

因此f′(1)=2+

b
2
=0,解得b=-4,

经验证b=-4符合题意;

(3)首先研究f(x),g(x)在[0,1]上的性质,

由(1),当b=

1
2
时,函数f(x)=x2+bln(x+1)在(-1,+∞)内单调递增,从从而f(x)在[0,1]上单调递增,

因此,f(x)在[0,1]上的最小值为f(0)=0,最大值为f(1)=1+

1
2
ln2,

g′(x)=3(x2-a2),由a>1,知当x∈[0,1]时,g′(x)=3(x2-a2)<0,

因此g(x)=x3-3a2x+a2-2a在[0,1]上单调递减.

∴g(x)max=g(0)=a2-2a,g(x)min=g(1)=1-2a2-2a,

∵a>1,∴g(x)min=g(1)=1-2a2-2a<0,

①若g(x)max=g(0)=a2-2a≥0,即a≥2时,两函数在[0,1]上有交点,此时a≥2显然满足条件;

②若g(x)max=g(0)=a2-2a<0,即1<a<2,f(x)的图象在上,g(x)的图象在下,

只需f(x)min-g(x)max<

1
2
,即f(0)-g(0)
1
2

即-(a2-2a)

1
2

解得1+

2
<a<2.

综上,所求实数a的取值范围(1+

2
2
,+∞).

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