已知函数f(x)=lnx-ax2-x,a∈R.(1)若函数y=f(x)在其定义域内是单调增函数,求实数a的取值范围;(

2024-11-22 03:31:48
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回答1:

(1)由题意得,函数的定义域是(0,+∞)
f′(x)=

1
x
?2ax?1=?
2ax2+x?1
x
(x>0),------------(2分)
只需要2ax2+x-1≤0,即2a≤
1
x2
?
1
x
=(
1
x
?
1
2
)2?
1
4

解得,a≤?
1
8
.---------------------------------------(4分)
(2)证明:把a=?
1
8
代入得,数f(x)=lnx+
1
8
x2-x,
f′(x)=
1
x
+
1
4
x?1
,且f′(2)=0,f(2)=ln2?
3
2

∴切线l的方程为y=ln2?
3
2
.--------------------------------------------(6分)
g(x)=lnx+
1
8
x2?x?(ln2?
3
2
)
,则g(2)=0.
g′(x)=
1
x
+
1
4
x?1=
(
x
2
?1)
2
x
≥0,---------------------------------(8分)
∴g(x)是单调增函数,
当x∈(2,+∞)时,g(x)>g(2)=0;
当x∈(0,2)时,g(x)<g(2)=0,
∴c1,c2分别完全位于直线l的两侧.--------------------------(10分)
(3)设切点P(x0,f(x0)),由函数的定义域知x0>0,
则曲线y=f(x)在点P处的切线为l:y=f′(x0)(x-x0)+f(x0),
令g(x)=f(x)-[f′(x0)(x-x0)+f(x0)],
∵切点P在切线l上,也在曲线上,∴g(x0)=0,
∵g′(x)=f′(x)-f′(x0),f′(x)=
1
x
?2ax?1
(x>0),
g′(x)=
1
x
?2ax?(
1
x0
?2ax0)

g′(x)=?
(x?x0)(2ax0x+1)
x0x
,且g′(x0)=0,
①当a≥0时,?x∈(0,x0),g'(x)>0;?x∈(x0+∞),g'(x)<0,
∴g(x)在(0,x0)上单调递增,在(x0,+∞)上单调递减,
∴g(x)=0只有唯一解x0,而x0是任意选取的值,故不满足题意;----(12分)
②当a<0时,g″(x)=f″(x)=?
1
x2
?2a
,记g″(m)=?
1
m2
?2a=0
,则m=
?
1
2a

(i)若x0=m,则g'(x)在(0,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,
g'(x)≥g'(x0)=0,
∴g(x)在(0,+∞)上单调递增,∴g(x)=0只有唯一解x=
?
1
2a

(ii)若x0<m,则?(0,m),g''(x)<0;?(m,+∞),g''(x)>0,
∴g'(x)在(0,m)上单调递减,在(m,+∞)上单调递增
此时存在x1∈(m,+∞),使得g'(x1)=0,
∴?(0,x0)∪(x1,+∞),g'(x)>0;?(x0,x1),g'(x1)<0,
∴g'(x)在(0,x0)和(x1,+∞)上单调递增,在(x0,x1)上单调递减,
此时存在x2∈(x1,+∞),使得g(x2)=0,∴g(x)有两个零点.
(iii)若x0>m,
则?(0,m),g''(x)<0;?(m,+∞),g''(x)>0,
∴g'(x)在(0,m)上单调递减,在(m,+∞)上单调递增
此时存在x1∈(0,m),使得g'(x1)=0,
∴?(0,x1)∪(x0,+∞),g'(x)>0;?(x1,x0),g'(x1)<0,
∴g'(x)在(0,x1)和(x0,+∞)上单调递增,在(x1,x0)上单调递减
此时存在x2∈(0,x1),使得g(x2)=0,∴g(x)有两个零点.
综上所述,当a<0时,曲线y=f(x)上存在唯一的点P(
?
1
2a
,f(
?
1
2a
))

曲线在该点处的切线与曲线只有一个公共点P.----------------------------(16分)