解题思路:(1)先求出导数
f′(x)=2ax+
1
x
,根据导数的几何意义得出f(x)在点(e,f(e))处的切线的斜率为
k=2ae+
1
e
,从而写出切线方程得出切线恒过定点;
(2)先令
p(x)=f(x)−
f
2
(x)=(a−
1
2
)
x
2
−2ax+lnx
<0,对x∈(1,+∞)恒成立,
利用导数求出p(x)在区间(1,+∞)上是减函数,从而得出:要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足
p(1)=−a−
1
2
≤0
,由此解得a的范围即可.
(3)当
a=
2
3
时,
f
1
(x)=
1
6
x
2
+
4
3
x+
5
9
lnx,
f
2
(x)=
1
2
x
2
+
4
3
x
.
记
y=
f
2
(x)−
f
1
(x)=
1
3
x
2
−
5
9
lnx,x∈(1,+∞)
.利用导数研究它的单调性,得出y=f2(x)-f1(x)在(1,+∞)上为增函数,最后得到满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
(1)因为f′(x)=2ax+
1
x,所以f(x)在点(e,f(e))处的切线的斜率为k=2ae+
1
e,
所以f(x)在点(e,f(e))处的切线方程为y=(2ae+
1
e)(x−e)+ae2+1,
整理得y−
1
2=(2ae+
1
e)(x−
e
2),所以切线恒过定点(
e
2,
1
2).
(2)令p(x)=f(x)−f2(x)=(a−
1
2)x2−2ax+lnx<0,对x∈(1,+∞)恒成立,
因为p′(x)=(2a−1)x−2a+
1
x=
(2a−1)x2−2ax+1
x=
(x−1)[(2a−1)x−1]
x(*)
令p'(x)=0,得极值点x1=1,x2=
1
2a−1,
①当[1/2<a<1时,有x2>x1=1,即
1
2<a<1时,在(x2,+∞)上有p'(x)>0,
此时p(x)在区间(x2,+∞)上是增函数,并且在该区间上有p(x)∈(p(x2),+∞),不合题意;
②当a≥1时,有x2<x1=1,同理可知,p(x)在区间(1,+∞)上,有p(x)∈(p(1),+∞),也不合题意;
③当a≤
1
2]时,有2a-1≤0,此时在区间(1,+∞)上恒有p'(x)<0,
从而p(x)在区间(1,+∞)上是减函数;
要使p(x)<0在此区间上恒成立,只须满足p(1)=−a−
1
2≤0⇒a≥−
1
2,
所以−
1
2≤a≤
1
2.
综上可知a的范围是[−
1
2,
1
2].
(3)当a=
2
3时,f1(x)=
1
6x2+
4
3x+
5
9lnx,f2(x)=
1
2x2+
4
3x
记y=f2(x)−f1(x)=
1
3x2−
5
9lnx,x∈(1,+∞).
因为y′=
2x
3−
5
9x=
6x2−5
9x>0,所以y=f2(x)-f1(x)在(1,+∞)上为增函数,
所以f2(x)−f1(x)>f2(1)−f1(1)=
1
3,设R(x)=f1(x)+
1
3λ,(0<λ<1),则f1(x)<R(x)<f2(x),
所以在区间(1,+∞)上,满足f1(x)<g(x)<f2(x)恒成立的函数g(x)有无穷多个.
点评:
本题考点: 利用导数研究曲线上某点切线方程;利用导数研究函数的单调性;导数在最大值、最小值问题中的应用.
考点点评: 本题主要考查利用导数研究曲线上某点切线方程、导函数的正负与原函数的单调性之间的关系等,注意应用导数的性质:当导函数大于0时原函数单调递增,当导函数小于0时原函数单调递减.