题目内容

19.已知函数f(x)=ax2+xlnx(a∈R)的图象在点(1,f(1))处的切线与直线x+3y=0垂直.
(Ⅰ)求实数a的值;
(Ⅱ)若存在k∈Z,使得f(x)>k恒成立,求k的最大值.

分析 (Ⅰ)由图象在点(1,f(1))处的切线与直线x+3y=0垂直.即函数f(x)的导函数在x=1处的函数值为3,求出a的值;
(Ⅱ)利用已知函数的单调性,构造g(x)=2x+lnx+1,由g(x)的单调性得出f(x)的单调性,再由f(x)≥f(x)极小值,解决恒等式,从而求出k的最大值

解答 解:(Ⅰ)∵f(x)=ax2+xlnx,∴f′(x)=2ax+lnx+1,
∵切线与直线x+3y=0垂直,∴切线的斜率为3,
∴f′(1)=3,即2a+1=3,故a=1;
(Ⅱ)由(Ⅰ)知f(x)=x2+xlnx,a∈(0,+∞),f′(x)=2x+lnx+1,x∈(0,+∞),
令g(x)=2x+lnx+1,x∈(0,+∞),则g'(x)=$\frac{1}{x}$+2,x∈(0,+∞),
由g′(x)>0对x∈(0,+∞)恒成立,故g(x)在(0,+∞)上单调递增,
又∵g($\frac{1}{{e}^{2}}$)=$\frac{2}{{e}^{2}}$-1<0,g($\frac{1}{2}$)=2-ln2>0,
∴存在x0∈(0,$\frac{1}{2}$)使g(x0)=0
∵g(x)在(0,+∞)上单调递增,
∴当x∈(0,x0)时,g(x)=f′(x)<0,f(x)在(0,x0)上单调递减;
当x∈(x0,+∞)时,g(x)=f′(x)>0,f(x)在(x0,+∞)上单调递增;
∴f(x)在x=x0处取得最小值f(x0
∵f(x)>k恒成立,所以k<f(x0
由g(x0)=0得,2x0+lnx0+1=0,所以lnx0=-1-2x0
∴f(x0)=x02+x0lnx0=x02+x0(-1-2x0)=-x02-x0=$-({x}_{0}+\frac{1}{2})^{2}$$+\frac{1}{4}$,又x0∈(0,$\frac{1}{2}$)
∴f(x0)∈(-$\frac{3}{4}$,0),
∵k∈Z,
∴k的最大值为-1.

点评 本小题主要考查函数、导数、不等式等基础知识,考查推理论证能力、运算能力,考查化归与转化思想、函数与方程思想、数形结合思想等,是一道综合性较强的导数应用题.属于难题.

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