![8.已知函数f(x)=lnx+x 2 -2ax+1(a为常数). (1)讨论函数f(x)的单调性; (2)若存在x 0 ∈(0,1],使得对任意的a∈(-2,0],不等式2me a (a+1)+f(x 0 )>a 2 +2a+4(其中e为自然对数的底数)都成立,求实数m的取值范围.](/upload/sm/2025/1214/4668374e.png)
分析 (1)求出函数的导函数,对二次函数中参数a进行分类讨论,判断函数的单调区间;
(2)根据(1),得出f(x 0 )的最大值,问题可转化为对任意的a∈(-2,0],不等式2me a (a+1)-a 2 +-4a-2>0都成立,构造函数h(a)=2me a (a+1)-a 2 +-4a-2,根据题意得出m的范围,由h(0)>0得m>1,且h(-2)≥0得m≤e 2 ,利用导函数,对m进行区间内讨论,求出m的范围.
解答 解:(I)f(x)=lnx+x 2 -2ax+1,
f'(x)=$\frac{1}{x}$+2x-2a=$\frac{2{x}^{2}-2ax+1}{x}$,
令g(x)=2x 2 -2ax+1,
(i)当a≤0时,因为x>0,所以g(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(ii)当0<a$≤\sqrt{2}$时,因为△≤0,所以g(x)>0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
(iii)当a>$\sqrt{2}$时,x在($\frac{a-\sqrt{{a}^{2}-2}}{2}$,$\frac{a+\sqrt{{a}^{2}-2}}{2}$)时,g(x)<0,函数f(x)单调递减;
在区间(0,$\frac{a-\sqrt{{a}^{2}-2}}{2}$)和($\frac{a+\sqrt{{a}^{2}-2}}{2}$,+∞)时,g(x)>0,函数f(x)单调递增;
(II)由(I)知当a∈(-2,0],时,函数f(x)在区间(0,1]上单调递增,
所以当x∈(0,1]时,函数f(x)的最大值是f(1)=2-2a,对任意的a∈(-2,0],
都存在x 0 ∈(0,1],使得不等式a∈(-2,0],2me a (a+1)+f(x 0 )>a 2 +2a+4成立,
等价于对任意的a∈(-2,0],不等式2me a (a+1)-a 2 +-4a-2>0都成立,
记h(a)=2me a (a+1)-a 2 +-4a-2,由h(0)>0得m>1,且h(-2)≥0得m≤e 2 ,
h'(a)=2(a+2)(me a -1)=0,
∴a=-2或a=-lnm,
∵a∈(-2,0],
∴2(a+2)>0,
①当1<m<e 2 时,-lnm∈(-2,0),且a∈(-2,-lnm)时,h'(a)<0,
a∈(-lnm,0)时,h'(a)>0,所以h(a)最小值为h(-lnm)=lnm-(2-lnm)>0,
所以a∈(-2,-lnm)时,h(a)>0恒成立;
②当m=e 2 时,h'(a)=2(a+2)(e a+2 -1),因为a∈(-2,0],所以h'(a)>0,
此时单调递增,且h(-2)=0,
所以a∈(-2,0],时,h(a)>0恒成立;
综上,m的取值范围是(1,e 2 ].
点评 考查了导函数的应用和利用构造函数的方法,对存在问题进行转化,根据导函数解决实际问题.
