已知函数f(x)=alnx+x2(a为实常数).
(1)当a=-4时,求函数f(x)在[1,e]上的最大值及相应的x值;
(2)当x∈[1,e]时,讨论方程f(x)=0根的个数.
(3)若a>0,且对任意的x1,x2∈[1,e],都有,求实数a的取值范围.
网友回答
解:(1)当a=-4时,f(x)=-4lnx+x2,函数的定义域为(0,+∞).
.
当x∈时,f′(x)0,
所以函数f(x)在上为减函数,在上为增函数,
由f(1)=-4ln1+12=1,f(e)=-4lne+e2=e2-4,
所以函数f(x)在[1,e]上的最大值为e2-4,相应的x值为e;
(2)由f(x)=alnx+x2,得.
若a≥0,则在[1,e]上f′(x)>0,函数f(x)=alnx+x2在[1,e]上为增函数,
由f(1)=1>0知,方程f(x)=0的根的个数是0;
若a<0,由f′(x)=0,得x=(舍),或x=.
若,即-2≤a<0,f(x)=alnx+x2在[1,e]上为增函数,
由f(1)=1>0知,方程f(x)=0的根的个数是0;
若,即a≤-2e2,f(x)=alnx+x2在[1,e]上为减函数,
由f(1)=1,f(e)=alne+e2=e2+a≤-e2<0,
所以方程f(x)=0在[1,e]上有1个实数根;
若,即-2e2<a<-2,
f(x)在上为减函数,在上为增函数,
由f(1)=1>0,f(e)=e2+a.
=.
当,即-2e<a<-2时,,方程f(x)=0在[1,e]上的根的个数是0.
当a=-2e时,方程f(x)=0在[1,e]上的根的个数是1.
当-e2≤a<-2e时,,f(e)=a+e2≥0,方程f(x)=0在[1,e]上的根的个数是2.
当-2e2<a<-e2时,,f(e)=a+e2<0,方程f(x)=0在[1,e]上的根的个数是1;
(3)若a>0,由(2)知函数f(x)=alnx+x2在[1,e]上为增函数,
不妨设x1<x2,则变为f(x2)+<f(x1)+,由此说明函数G(x)=f(x)+在[1,e]单调递减,所以G′(x)=≤0对x∈[1,e]恒成立,即a对x∈[1,e]恒成立,
而在[1,e]单调递减,所以a.
所以,满足a>0,且对任意的x1,x2∈[1,e],都有成立的实数a的取值范围是
a.
解析分析:(1)把a=-4代入函数解析式,求出函数的导函数,由导函数的零点把给出的定义[1,e]分段,判出在各段内的单调性,从而求出函数在[1,e]上的最大值及相应的x值;(2)把原函数f(x)=alnx+x2求导,分a≥0和a<0讨论打哦函数的单调性,特别是当a<0时,求出函数f(x)在[1,e]上的最小值及端点处的函数值,然后根据最小值和F(e)的值的符号讨论在x∈[1,e]时,方程f(x)=0根的个数;(3)a>0判出函数f(x)=alnx+x2在[1,e]上为增函数,在规定x1<x2后把转化为f(x2)+<f(x1)+,构造辅助函数G(x)=f(x)+,由该辅助函数是减函数得其导函数小于等于0恒成立,分离a后利用函数单调性求a的范围.
点评:本题考查了利用导数求闭区间上的最值,考查了根的存在性及根的个数的判断,考查了分类讨论的数学思想方法和数学转化思想方法,训练了构造函数求变量的取值范围,此题是有一定难度题目.