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(2008•镇江一模)已知a为实数,函数f(x)=x2-2alnx.
(1)求f(x)在[1,+∞)上的最小值g(a);
(2)若a>0,试证明:“方程f(x)=2ax有唯一解”的充要条件是“a=
12
”.
分析:(1)求导函数,对a分类讨论,确定函数的单调性,即可求出f(x)在[1,+∞)上的最小值g(a);
(2)分必要性与充分性进行论证,正确构造函数g(x)=f(x)-2ax=x2-2alnx-2ax,将方程f(x)=2ax有唯一解,转化为g(x)=0有唯一解,即可得证.
解答:(1)解:求导函数,可得f′(x)=2•
x2-a
x
(x>1)
①a≤1,x>1,则f′(x)>0,∴f(x)在[1,+∞)上是单调递增函数,∴f(x)min=f(1)=1;
②a>1,x>1,令f′(x)=0,可得x=
a

x∈(1,
a
)
时,f′(x)<0,函数在[1,+∞)上是单调递减函数;当x∈(
a
,+∞)
时,f′(x)>0,函数在[1,+∞)上是单调递增函数,
x=
a
时,f(x)min=a-alna
g(a)=
1,a≤1
a-alna,a>1

(2)证明:记g(x)=f(x)-2ax=x2-2alnx-2ax,则g′(x)=
2
x
(x2-ax-1)
 
①充分性:若a=
1
2
,则g(x)=x2-lnx-x,g′(x)=
1
x
(2x+1)(x-1)

当x∈(0,1)时,g′(x)<0,g(x)在(0,1)上是单调递减函数;
当x∈(1,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在(1,+∞)上是单调递增函数,
∴当x=1时,g(x)min=g(1)=0,即g(x)≥0,当且仅当x=1时取等号,
∴方程f(x)=2ax有唯一解;
②必要性:若方程f(x)=2ax有唯一解,即g(x)=0有唯一解,令g′(x)=0,可得x2-ax-a=0,
∵a>0,x>0,∴x1=
a+
a2+4a
2
(另一根舍去)
当x∈(0,x1)时,g′(x)<0,g(x)在(0,x1)上是单调递减函数;
当x∈(x1,+∞)时,g′(x)>0,g(x)在(x1,+∞)上是单调递增函数.
∴当x=x2时,g′(x1)=0,g(x)min=g(x1),∵g(x)=0有唯一解,∴g(x1)=0,
g(x1)=0
g′(x1)=0

x12-2alnx1-2ax1=0
x12-ax1-a=0

∴2alnx1+ax1-a=0
∵a>0
∴2lnx1+x1-1=0
设函数h(x)=2lnx+x-1
∵x>0时,h(x)是增函数,∴h(x)=0至多有一解.
∵h(1)=0,∴方程2lnx1+x1-1=0的解为x1=1,即x1=
a+
a2+4a
2
=1
,∴a=
1
2

由①②知,“方程f(x)=2ax有唯一解”的充要条件是“a=
1
2
”.
点评:本题考查导数知识的运用,考查函数的单调性与最值,考查充要性的证明,考查分类讨论是数学思想,难度大.
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