Question

（2012•資陽一模）已知函數f（x）=2lnx-x²+ax，a∈R．
（1）當a=2時，求函數f（x）的圖象在x=1處的切線的方程；
（2）若函數f(x)-ax+m=0在[

1

e

，e]上有兩個不等的實數根，求實數m的取值范圍；
（3）若函數f（x）的圖象與x軸交于不同的點A（x₁，0），B（x₂，0），且0＜x₁＜x₂，求證：f′（px₁+qx₂）＜0（其中實數p，q滿足0＜p≤q，p+q=1）

Answer 1

分析：（1）先求出切點坐標，然后利用導數求出k=f'（1），最后根據點斜式求出切線方程即可；
（2）方程f（x）-ax+m=0即為2lnx-x²+m=0，令g（x）=2lnx-x²+m，利用導數研究該函數在[

1

e

，e]上的最小值，要使方程f（x）-ax+m=0在[

1

e

，e]上有兩個不相等的實數根，則有

g(1)=m-1＞0 g( 1 e )=m-2- 1 e2 ≤0

，解之即可；
（3）將a用x₁與x₂表示，然后求出導函數f′（x），從而得到f′（px₁+qx₂），然后利用導數研究函數的單調性證明f′（px₁+qx₂）＜0．

解答：解：（1）當a=2時，f（x）=2lnx-x²+2x，
f′(x)=

2

x

-2x+2，切點坐標為（1，1），切線的斜率k=f'（1）=2，
則切線方程為y-1=2（x-1），即y=2x-1．（2分）
（2）方程f（x）-ax+m=0即為2lnx-x²+m=0，
令g（x）=2lnx-x²+m，則g′(x)=

2

x

-2x=

-2(x+1)(x-1)

x

，
因為x∈[

1

e

，e]，故g'（x）=0時，x=1．
當

1

e

＜x＜1時，g'（x）＞0；當1＜x＜e時，g'（x）＜0．
故函數g（x）在x=1處取得極大值g（1）=m-1，（4分）
又g(

1

e

)=m-2-

1

e2

，g（e）=m+2-e²，
g(e)-g(

1

e

)=4-e2+

1

e2

＜0，則g(e)＜g(

1

e

)，
故函數g（x）在[

1

e

，e]上的最小值是g（e）．（6分）
方程f（x）-ax+m=0在[

1

e

，e]上有兩個不相等的實數根，則有

g(1)=m-1＞0 g( 1 e )=m-2- 1 e2 ≤0

解得1＜m≤2+

1

e2

，故實數m的取值范圍是(1，2+

1

e2

]．（8分）
（3）∵函數f（x）的圖象與x軸交于兩個不同的點A（x₁，0），B（x₂，0），2lnx-x²+ax=0的兩個根為x₁，x₂，
則

2lnx1- x 2 1 +ax1=0 2lnx2- x 2 2 +ax2=0

兩式相減得a=(x1+x2)-

2(lnx1-lnx2)

x1-x2

，f（x）=2lnx-x²+ax，f′(x)=

2

x

-2x+a，
則f′(px1+qx2)=

2

px1+qx2

-2(px1+qx2)+a=

2

px1+qx2

-2(px1+qx2)+(x1+x2)-

2(lnx1-lnx2)

x1-x2

=

2

px1+qx2

-

2(lnx1-lnx2)

x1-x2

-(2p-1)x1-(2q-1)x2
=

2

px1+qx2

-

2(lnx1-lnx2)

x1-x2

+(2p-1)(x2-x1)．（*）（10分）
∵0＜p≤q，p+q=1，則2p≤1，又0＜x₁＜x₂，∴（2p-1）（x₂-x₁）≤0，
下證

2

px1+qx2

-

2(lnx1-lnx2)

x1-x2

＜0，即證明

x2-x1

px1+qx2

+ln

x1

x2

＜0．
令t=

x1

x2

，∵0＜x₁＜x₂，∴0＜t＜1，
即證明u(t)=

1-t

pt+q

+lnt＜0在0＜t＜1上恒成立，（12分）
∵u′(t)=

1

t

-

1

(pt+q)2

=

p2t2+(2pq-1)t+q2

t(pt+q)2

=

p2t2-t(p2+q2)+q2

t(pt+q)2

=

p2(t-1)(t- q2 p2 )

t(pt+q)2

，
∵0＜p≤q，∴

q2

p2

≥1，又0＜t＜1，∴u'（t）＞0，
∴u（t）在（0，1）上是增函數，則u（t）＜u（1）=0，從而知

x2-x1

px1+qx2

+ln

x1

x2

＜0，
故（*）＜0，即f'（px₁+qx₂）＜0成立．（14分）

點評：本題主要考查了利用導數研究曲線上某點切線方程，以及利用導數研究函數的單調性，同時考查了轉化的思想和計算能力，屬于難題．