1.(15分)已知函数f(x)=ln(ax)+x2﹣ax (a为常数,a>0)
(1)当a=1时,求函数f(x)在x=1处的切线方程;
(2)当y=f(x)在x=处取得极值时,若关于x的方程f(x)﹣b=0在[0,2]上恰有两个不相等的实数根,求实数b的取值范围;(3)若对任意的a∈(1,2),总存在x0∈[,1],使不等式f(x0)>m(a2+2a ﹣3)成立,求实数m的取值范围.
2.(14分)已知函数
(I )求f(x)的单调区间;
(II)对任意的,恒有,
求正实数λ的取值范围.
3.(14分)若f(x0)是函数f(x)在点x0附近的某个局部范围内的最大(小)值,则称f(x0)是函数f(x)的一个极值,x0为极值点.已知a∈R,函数f(x)=lnx﹣a(x﹣1).
(Ⅰ)若,求函数y=|f(x)|的极值点;
(Ⅱ)若不等式恒成立,求a的取值范围.(e为自然对数的底数)
4.(15分)已知函数f(x)=ax2﹣4bx+2alnx(a,b∈R)
(I)若函数y=f(x)存在极大值和极小值,求的取值范围;
(II)设m,n分别为f(x)的极大值和极小值,若存在实数,b∈(a,a),使得m﹣n=1,求a的取值范围.(e为自然对数的底)
5.(15分)已知函数f(x)=(其中a为常数).
(Ⅰ)当a=0时,求函数的单调区间;
(Ⅱ)当0<a<1时,设函数f(x)的3个极值点为x1,x2,x3,且x1<x2<x3.证明:x1+x3>.
6.(14分)设函数f(x)=lnx+ax2﹣(3a+1)x+(2a+1),其中a∈R.
(Ⅰ)如果x=1是函数f(x)的一个极值点,求实数a的值及f(x)的最大值;
(Ⅱ)求实数a的值,使得函数f(x)同时具备如下的两个性质:
①对于任意实数x1,x2∈(0,1)且x1≠x2,恒成立;
②对于任意实数x1,x2∈(1,+∞)且x1≠x2,恒成立.
7.(14分)设函数.(I)试讨论函数f(x)在区间[0,1]上的单调性:(II)求最小的实数h,使得对任意x∈[0,1]及任意实数t,恒成立.
8.(15分)已知函数f (x )=(x 2﹣x+)e ax
(a >0)
(1)求曲线f (x )在点A (0,f (0))处的切线方程;(2)讨论函数f (x )的单调性; (3)是否存在实数a ∈(1,2),使f (x )>当x ∈(0,1)时恒成立?若存在,求出实数a ;若不存
在,请说明理由. 9.已知函数ln ()x
f x x
=
. (I )若关于x 的不等式()f x m ≤恒成立,求实数m 的最小值;
(II )对任意的12,(0,2)x x ∈,已知存在012(,)x x x ∈,使得21021
()()
()f x f x f x x x -'=
-,
求证:0x <
10.(15分)已知函数f (x )=ln (ax )+x 2
﹣ax (a 为常数,a >0)
(1)当a=1时,求函数f (x )在x=1处的切线方程;
(2)当y=f (x )在x=处取得极值时,若关于x 的方程f (x )﹣b=0在[0,2]上恰有两个不相等的实数根,求实数b 的取值范围;
(3)若对任意的a ∈(1,2),总存在x 0∈[,1],使不等式f (x 0)>m (a 2
+2a ﹣3)成立,求实数m 的取值范围.
1.解:(1)a=1时,,
∴
,于是
,
又f (1)=0,即切点为(1,0), ∴切线方程为; (2)
,
,即a 2
﹣a ﹣2=0,
∵a >0,∴a=2, 此时,,∴
上递减,上递增,
又,
∴
;
(3)f ′(x )=+2x ﹣a==,
∵1<a <2,∴=<0,即,
∴f (x )在[,2]上递增,∴f (x )max =f (1)=ln ()+1﹣a ,
问题等价于对任意的a ∈(1,2),不等式ln (
)+1﹣a >m (a 2
+2a ﹣3)成立,
设h(a)=ln(+a)+1﹣a﹣m(a2+2a﹣3)(1<a<2),
则h′(a)=﹣1﹣2ma﹣2m=,
又h(1)=0,∴h(a)在1右侧需先增,∴h′(1)≥0,m≤﹣,
设g(a)=﹣2ma2﹣(4m+1)a﹣2m,对称轴a=﹣1﹣≤1,
又﹣2m>0,g(1)=﹣8m﹣1≥0,
所以在(1,2)上,g(a)>0,即h′(a)>0,
∴h(a)在(1,2)上单调递增,h(a)>h(1)=0,即ln()+1﹣a>m(a2+2a﹣3),
于是,对任意的a∈(1,2),总存在x0∈[,1],使不等式f(x0)>m(a2+2a﹣3)成立,
m.
解:(Ⅰ)f′(x)=x﹣(2a+2)+=(x>0)
令f′(x)=0,得x1=2a+1,x2=1 …(1分)
①a=0时,f′(x)=,所以f(x)增区间是(0,+∞);
②a>0时,2a+1>1,所以f(x)增区间是(0,1)与(2a+1,+∞),减区间是(1,2a+1)
③﹣<a<0时,0<2a+1<1,所以f(x)增区间是(0,2a+1)与(1,+∞),减区间是(2a+1,1)
④a≤时,2a+1≤0,所以f(x)增区间是(1,+∞),减区间是(0,1)…(5分)
(II)因为,所以(2a+1)∈[4,6],由(1)知f(x)在[1,2]上为减函数.…(6分)
若x1=x2,则原不等式恒成立,∴λ∈(0.+∞)…(7分)
若x1≠x2,不妨设1≤x1<x2≤2,则f(x1)>f(x2),,
所以原不等式即为:f(x1)﹣f(x2)≤λ(),
即f(x1)﹣≤f(x2)﹣对任意的,恒成立
令g(x)=f(x)﹣,所以对任意的有g(x1)<g(x2)恒成立,所以g(x)=f(x)﹣在闭区间[1,2]上为增函数…(9分)
所以g′(x)≥0对任意的恒成立
而g′(x)=x﹣(2a+2)+≥0,即(2x﹣2x2)a+x3﹣2x+x2+λ≥0,
只需(2x﹣2x2)+x3﹣2x+x2+λ≥0,即x3﹣7x2+6x+λ≥0对任意x∈[1,2]恒成立,
令h(x)=x3﹣7x2+6x+λ,h′(x)=3x2﹣14x+6<0(x∈[1,2])恒成立,
∴h(x)在x∈[1,2]上为减函数,则h(x)min=h(2)=λ﹣8,
∴h(x)min=h(2)=λ﹣8≥0,
∴λ≥8.
3.解:(Ⅰ)若,则,.
当x∈(0,e﹣1)时,f'(x)>0,f(x)单调递增;
当x∈(e﹣1,+∞)时,f'(x)<0,f(x)单调递减.…(2分)
又因为f(1)=0,f(e)=0,所以
当x∈(0,1)时,f(x)<0;当x∈(1,e﹣1)时,f(x)>0;
当x∈(e﹣1,e)时,f(x)>0;当x∈(e,+∞)时,f(x)<0.…(4分)
故y=|f(x)|的极小值点为1和e,极大值点为e﹣1.…(6分)
(Ⅱ)不等式,
整理为.…(*)
设,
则(x>0)==.…(8分)
①当a≤0时,2ax﹣e<0,又x>0,所以,
当x∈(0,e)时,g'(x)>0,g(x)递增;
当x∈(e,+∞)时,g'(x)<0,g(x)递减.
从而g(x)max=g(e)=0.
故,g(x)≤0恒成立.…(11分)
②当a>0时,=.
令,解得,则当x>x1时,;
再令,解得,则当x>x2时,.
取x0=max(x1,x2),则当x>x0时,g'(x)>1.
所以,当x∈(x0,+∞)时,g(x)﹣g(x0)>x﹣x0,即g(x)>x﹣x0+g(x0).
这与“g(x)≤0恒成立”矛盾.
综上所述,a≤0.…(14分)
4.解:(I)f′(x)=2ax﹣4b+=,其中x>0,
由于函数y=f(x)存在极大值和极小值,
故方程f′(x)=0有两个不等的正实数根,即2ax2﹣4bx+2a=0有两个不等的正实数根,记为x1,x2,显然a≠0,
所以,解得;
(II)由b∈(a,a)得a>0,且(,),
由(I)知f(x)存在极大值和极小值,
设f′(x)=0的两根为x1,x2(0<x1<x2),则f(x)在(0,x1)上递增,在(x1,x2)上递减,在(x2,+∞)上递增,
所以m=f(x1),n=f(x2),
因为x1x2=1,所以0<x1<1<x2,而且=∈(,),
由于函数y=x+在(0,1)上递减,所以,
又由于,
所以,
所以m﹣n=f(x1)﹣f(x2)
=﹣+4bx2﹣2alnx2
=+2a(lnx1﹣lnx2)
=﹣a()+2aln,
令t=,则m﹣n=﹣a(t﹣)+2alnt,令h(t)=﹣(t﹣)+2lnt(),
所以h′(t)=﹣1﹣+=﹣≤0,所以h(t)在()上单调递减,所以e﹣e﹣1﹣2<h(t)<e2﹣e﹣2﹣4,
由m﹣n=ah(t)=1,知a=,所以.
5.解:(Ⅰ)
减极小值
单调减区间为(0,1),;增区间为.﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(5分)
(Ⅱ)由题,
对于函数,有
∴函数h(x)在上单调递减,在上单调递增
∵函数f(x)有3个极值点x1<x2<x3,
从而,所以,
当0<a<1时,h(a)=2lna<0,h(1)=a﹣1<0,
∴函数f(x)的递增区间有(x1,a)和(x3,+∞),递减区间有(0,x1),(a,1),(1,x3),此时,函数f(x)有3个极值点,且x2=a;
∴当0<a<1时,x1,x3是函数的两个零点,﹣﹣﹣﹣(9分)
即有,消去a有2x1lnx1﹣x1=2x3lnx3﹣x3
令g(x)=2xlnx﹣x,g'(x)=2lnx+1有零点,且
∴函数g(x)=2xlnx﹣x在上递减,在上递增
要证明??
因为g(x1)=g(x3),所以即证
构造函数,则
只需要证明单调递减即可.而,
,所F'(x)在上单调递增,
所以.
∴当0<a<1时,.﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣(15分)
6.解:(Ⅰ)函数f(x)的定义域是(0,+∞),,
依题意,f'(1)=1+2a﹣(3a+1)=0,解得a=0.
此时,f(x)=lnx﹣x+1,.
因为x∈(0,+∞),令f'(x)>0,可得x∈(0,1);令f'(x)<0,可得x∈(1,+∞).
所以,函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减.
因此,当x=1时,f(x)取得最大值f(1)=0.
(Ⅱ)令
==
,
由(Ⅰ)中的结论可知,lnx﹣x+1<0对任意x∈(0,1)∪(1,+∞)恒成立,即lnx<x﹣1(*)恒成立.
(ⅰ)如果x1,x2∈(0,1),且x1≠x2,则.
根据(*)可得,
.
若f(x)满足性质①,则恒成立,
于是对任意x1,x2∈(0,1)且x1≠x2恒成立,所以.
(ⅱ)如果x1,x2∈(1,+∞)且x1≠x2,则.
根据(*)可得
?,
则F(x1,x2)<.若f(x)满足性质②,则
恒成立.
于是对任意x1,x2∈(1,+∞)且x1≠x2恒成立,所以a.
综合(ⅰ)(ⅱ)可得,a=.
7.解:(1)∵函数,∴f′(x)=3x2﹣t.
1°若t≤0,则f′(x)≥0(不恒等于0)在[0,1]上恒成立,∴f(x)在[0,1]上单调递增;
2°若t≥3时,∵3x2≤3,∴f′(x)≤0在[0,1]上恒成立,∴f(x)在[0,1]上单调递减;
3°若0<t<3,则,令f′(x)=0,解得,
当时,f′(x)<0,∴f(x)在上单调递减;
当时,f′(x)>0,∴f(x)在上单调递增.
(2)?,因此,只需求出当x∈[0,1],t∈R时,
的最小值即可.
方法一:令g(x)=f(x)+,x∈[0,1],
而g′(x)=f′(x),由(1)的结论可知:
当t≤0或t≥3时,则g(x)在[0,1]上单调,故g(x)min=min{g(0),g(1)}=min{,
}=0.
当0<t<3时,则=﹣.
∴h(t)=.
下面求当t∈R时,关于t的函数h(t)的最小值.
当t∈(0,1)时,h(t)=在(0,1)上单调递减;
当1<t<3时,h(t)=,>0,∴h(t)在(1,3)上单调递增.又h(t)在t=1处连续,故h(t)在t∈(0,3)上的最小值是h(1)=﹣.
综上可知:当t∈[0,1]且t∈R时,的最小值为,即得h的最小值为﹣m=.方法2:对于给定的x∈[0,1],求关于t的函数(t∈R),
g(t)=f(x)+=﹣xt++x3=的最小值.
由于﹣x≤0,当t∈(﹣∞,1)时,g′(t)≤0;由于1﹣x≥0,故当t∈(1,+∞)时,g′(t)≥0.
考虑到g(t)在t=1处连续,∴g(t)的最小值h(x)=x3﹣x.
下面再求关于x的函数h(x)=x3﹣x在x∈[0,1]时的最小值.
h′(x)=3x2﹣1,令h′(x)=0,解得.
当时,h′(x)<0,函数h(x)在此区间上单调递减;当时,h′(x)>0,函数h(x)在此区间上单调递增.
故h(x)的最小值为.
综上可得:当x∈(0,1)时,且t∈R.的最小值m=﹣,即得h的最小值为﹣m=.
8.解(1)∵a >0,f (x )=(x 2﹣x+)e ax
,
∴f ′(x )=(2x ﹣)e ax
+(x 2
﹣x+)?a ?e ax
=(2x ﹣+ax 2
﹣2x+1)e ax
=(ax 2
+)e ax
,(2分)
于是f (0)=,f ′(0)=
,所以曲线y=f (x )在点A (0,f (0))处的切线方程为y ﹣=
(x
﹣0),
即(a ﹣2)x ﹣ay+1=0.(4分) (2)∵a >0,e ax
>0,∴只需讨论ax 2
+的符号.(5分)
ⅰ)当a >2时,ax 2+
>0,这时f ′(x )>0,所以函数f (x )在(﹣∞,+∞)上为增函数.
ⅱ)当a=2时,f ′(x )=2x 2e 2x
≥0,函数f (x )在(﹣∞,+∞)上为增函数.(6分) ⅲ)当0<a <2时,令f ′(x )=0,解得x 1=﹣,x 2=
.
当x 变化时,f'(x )和f (x )的变化情况如下表:
∴f (x )在(﹣∞,﹣),(
,+∞)为增函数,f (x )在(﹣
,
)为减函数.(9
分)
(3)当a ∈(1,2)时,
∈(0,1).由(2)知f (x )在(0,
)上是减函数,在(
,
1)上是增函数,故当x ∈(0,1)时,f (x )min =f ()=(1﹣),所以f (x )
>
当x ∈(0,1)时恒成立,等价于(1﹣
)
>1恒成立.当a ∈(1,2)时,
∈
(0,1),设g (t )=(1﹣t )e t
,t ∈(0,1),则g′(t )=e t
﹣e t
﹣te t
<0,表明g (t )在(0,1)上单调递减,于是可得g (t )∈(0,1),即a ∈(1,2)时(1﹣)
<1恒成立,因此,符合
条件的实数a 不存在. 9.(I )解:由2
1ln ()0x
f x x -'=
=解得x e =…………………………………………………2分 当(0,)x e ∈时,()0f x '>,()f x 单调递增; 当(,)x e ∈+∞时,()0f x '<,()f x 单调递减; ∴max 1
()()f x f e e
==
…………………………………………………………………4分 ∵关于x 的不等式()f x m ≤恒成立 ∴max ()f x m ≤ ∴1m e ≥
即m 的最小值为1
e
………………………………………………………6分
(II )证明:∵对任意的12,(0,2)x x ∈,若存在012(,)x x x ∈,使得21021
()()
()f x f x f x x x -'=
-
即
0212
021
1ln ()()
x f x f x x x x --=- ∴
21212
1ln ()[()()]0x x x f x f x x ----=………………………………………8分 令21212
1ln ()()[()()]x
F x x x f x f x x -=
---,则有0()0F x =………………10分 ∴213
2ln 3
()()x F x x x x
-'=-, 当(0,2)x ∈时,2ln 32ln 230x -<-<,又有210x x ->
∴()0F x '< 即()F x 在(0,2)上是减函数 …………………………………12分
又∵212112)[()()]F x x f x f x =
---
21
2112
21
ln ln )(
)x x x x x x =
---
1211
(1ln (1x x =
+-+ 令
21
1x t x =>
,∴2111
[(1ln )(1ln )]22F t t t x =?--+
设11()(1ln )(1ln )22h t t t t =?-
-+,∴ln 1
()2t t t h t t
--'=
设()ln 1k t t t t =--,
∴()ln 0k t t '=-<(1t >),∴()k t 在(1,)+∞是减函数,∴()(1)0k t k <= ∴()0h t '<,∴()h t 在(1,)+∞是减函数,∴()(1)0h t h <=
∴02
1
()0()F h t F x x =
?<= ……………………………………………14分 ∵()F x 在(0,2)
上是减函数,∴0x <
15分
10.解:(1)a=1时,,
∴
,于是
,
又f (1)=0,即切点为(1,0),
∴切线方程为;
(2),,即a2﹣a﹣2=0,
∵a>0,∴a=2,
此时,,∴上递减,上递增,
又,
∴;
(3)f′(x)=+2x﹣a==,
∵1<a<2,∴=<0,即,
∴f(x)在[,2]上递增,∴f(x)max=f(1)=ln()+1﹣a,
问题等价于对任意的a∈(1,2),不等式ln()+1﹣a>m(a2+2a﹣3)成立,
设h(a)=ln(+a)+1﹣a﹣m(a2+2a﹣3)(1<a<2),
则h′(a)=﹣1﹣2ma﹣2m=,
又h(1)=0,∴h(a)在1右侧需先增,∴h′(1)≥0,m≤﹣,
设g(a)=﹣2ma2﹣(4m+1)a﹣2m,对称轴a=﹣1﹣≤1,
又﹣2m>0,g(1)=﹣8m﹣1≥0,
所以在(1,2)上,g(a)>0,即h′(a)>0,
∴h(a)在(1,2)上单调递增,h(a)>h(1)=0,即ln()+1﹣a>m(a2+2a﹣3),于是,对任意的a∈(1,2),总存在x0∈[,1],使不等式f(x0)>m(a2+2a﹣3)成立,m.