Question

已知函數(shù)f（x）=x+

a2

x

，g（x）=x+lnx，其中a＞0．
（I）若x=1是函數(shù)h（x）=f（x）+g（x）的極值點(diǎn)，求實(shí)數(shù)a的值；
（Ⅱ）若對(duì)任意的x₁∈[1，e]，都存在x₂∈[1，e]（其中為e自然對(duì)數(shù)的底數(shù)）使得f（x₁）＜g（x₂）成立，求實(shí)數(shù)a的取值范圍．

Answer 1

分析：（Ⅰ）由h(x)=2x+

a2

x

+lnx，其定義域?yàn)椋?，+∞），知h′(x)=2-

a2

x2

+

1

x

，

x∈(0，+∞)

，由x=1是函數(shù)h（x）的極值點(diǎn)，知3-a²=0，由此能求出a．
（Ⅱ）對(duì)任意的x₁∈[1，e]，都存在x₂∈[1，e]使得f（x₁）＜g（x₂）成立等價(jià)于f（x）_max＜g（x）_max．當(dāng)x∈[1，e]時(shí)，g′(x)=1+

1

x

＞0，故函數(shù)g（x）=x+lnx在[1，e]上是增函數(shù)，g（x）_max=g（e）=e+1．由此能求出a的取值范圍．

解答：解：（Ⅰ）∵h(x)=2x+

a2

x

+lnx，其定義域?yàn)椋?，+∞），…（1分）
∴h′(x)=2-

a2

x2

+

1

x

，

x∈(0，+∞)

…（2分）
∵x=1是函數(shù)h（x）的極值點(diǎn)，
∴h'（1）=0，即3-a²=0
∵a＞0，∴a=

3

．                                          …（4分）
經(jīng)檢驗(yàn)當(dāng)a=

3

時(shí)，x=1是函數(shù)h（x）的極值點(diǎn)，
∴a=

3

…（5分）
（Ⅱ）對(duì)任意的x₁∈[1，e]，都存在x₂∈[1，e]使得f（x₁）＜g（x₂）
成立等價(jià)于f（x）_max＜g（x）_max…（6分）
當(dāng)x∈[1，e]時(shí)，g′(x)=1+

1

x

＞0，
∴函數(shù)g（x）=x+lnx在[1，e]上是增函數(shù)，
∴g（x）_max=g（e）=e+1…（7分）
f′(x)=1-

a2

x2

=

(x+a)(x-a)

x2

，x∈[1，e]，a＞0
①當(dāng)0＜a≤1時(shí)，x∈[1，e]，f′(x)=

(x+a)(x-a)

x2

≥0，
∴函數(shù)f(x)=x+

a2

x

在[1，e]上是增函數(shù)，
∴f(x)max=f(e)=e+

a2

e

e+

a2

e

＜e+1
即f（x）_max＜g（x）_max恒成立，滿足題意；       …（9分）
②當(dāng)1＜a＜e時(shí)，若1≤x＜a，則f′(x)=

(x+a)(x-a)

x2

＜0，
若a＜x≤e，則f′(x)=

(x+a)(x-a)

x2

＞0
∴函數(shù)f(x)=x+

a2

x

在[1，a）上是減函數(shù)，在（a，e]上是增函數(shù)，
而f（1）=1+a²，f(e)=e+

a2

e

a）f（1）＜f（e）即1＜a＜

e

時(shí)，
f(x)max=f(e)=e+

a2

e

，e+

a2

e

＜e+1
即f（x）_max＜g（x）_max恒成立；
b）f（1）≥f（e）即

e

≤a≤e時(shí)，
f（x）_max=f（1）=1+a²
此時(shí)，f（x）_max≥g（x）_max，不合題意；               …（12分）
③當(dāng)a≥e時(shí)，x∈[1，e]，f′(x)=

(x+a)(x-a)

x2

≤0，
∴函數(shù)f(x)=x+

a2

x

在[1，e]上是減函數(shù)，
∴f（x）_max=f（1）=1+a²
此時(shí)，f（x）_max＞g（x）_max，不合題意；                    …（13分）
綜上知，a的取值范圍為(0，

e

)．                             …（14分）

點(diǎn)評(píng)：本題考查利用導(dǎo)數(shù)求函數(shù)最的應(yīng)用，考查運(yùn)算求解能力，推理論證能力；考查化歸與轉(zhuǎn)化思想．對(duì)數(shù)學(xué)思維的要求比較高，有一定的探索性．綜合性強(qiáng)，難度大，是高考的重點(diǎn)．解題時(shí)要認(rèn)真審題，仔細(xì)解答．