题目内容

已知函数f(x)=(a-
1
2
)x2-2ax+lnx,a∈R
(Ⅰ)当a=1时,求f(x)在区间[1,e]上的最大值和最小值;
(Ⅱ)求g(x)=f(x)+ax在x=1处的切线方程;
(Ⅲ)若在区间(1,+∞)上,f(x)<0恒成立,求实数a的取值范围.
考点:利用导数求闭区间上函数的最值,利用导数研究曲线上某点切线方程
专题:导数的综合应用
分析:(I)当a=1时,f(x)=
1
2
x2-2x+lnx
f(x)=x-2+
1
x
=
(x-1)2
x
.由于?x∈[1,e],f′(x)≥0恒成立,即可得到f(x)在区间[1,e]上单调递性,即可得出最值.
(II)分别计算出g(1),g′(1),利用导数的几何意义可得g(x)=f(x)+ax在x=1处的切线斜率及其方程.
(III)函数f(x)=(a-
1
2
)x2-2ax+lnx的定义域为(1,+∞),f′(x)=(2a-1)x-2a+
1
x
=
(x-1)[(2a-1)x-1]
x
.对a分类讨论:
(i)当a
1
2
时,利用导数研究其单调性即可得出.(ii)当a
1
2
时,令f′(x)=0,解得x1=1,x2=
1
2a-1
.进一步分类讨论:当1=x1<x2时,即
1
2
<a<1
时,②当x2≤x1=1时,即a≥1,研究函数的单调性即可得出.
解答: 解:(I)当a=1时,f(x)=
1
2
x2-2x+lnx
f(x)=x-2+
1
x
=
(x-1)2
x

对于?x∈[1,e],f′(x)≥0恒成立,∴f(x)在区间[1,e]上单调递增.
∴f(x)max=f(e)=
1
2
e2-2e+1
f(x)min=f(1)=-
3
2

(II)g(x)=(a-
1
2
)x2-ax+lnx
,g(1)=-
1
2

g′(x)=(2a-1)x-a+
1
x
,g′(1)=a.
∴g(x)=f(x)+ax在x=1处的切线方程是
y+
1
2
=a(x-1),即y=ax-(a+
1
2
)

(III)函数f(x)=(a-
1
2
)x2-2ax+lnx的定义域为(1,+∞),f′(x)=(2a-1)x-2a+
1
x
=
(x-1)[(2a-1)x-1]
x

(i)当a
1
2
时,恒有f′(x)<0,
∴函数f(x)在区间(1,+∞)上单调递减.
要满足在区间(1,+∞)上,f(x)<0恒成立,则f(1)=-a-
1
2
≤0即可,解得a≥-
1
2

∴实数a的取值范围是[-
1
2
1
2
]

(ii)当a
1
2
时,令f′(x)=0,解得x1=1,x2=
1
2a-1

①当1=x1<x2时,即
1
2
<a<1
时,在区间(x2,+∞)上有f′(x)>0,此时f(x)在此区间上单调递增,不合题意,应舍去.
②当x2≤x1=1时,即a≥1,在区间(1,+∞)上有f′(x)>0,此时f(x)单调递增,不合题意.
综上(i)(ii)可知:实数a的取值范围是[-
1
2
1
2
]
点评:本题考查了利用导数研究函数的单调性极值与最值,考查了分类讨论的思想方法,考查了推理能力和计算能力,属于难题.
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