设函数f(x)=lnx+x2﹣ax(a∈R).
(Ⅰ)当a=3时,求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数f(x)有两个极值点x1 , x2 , 且x1∈(0,1],求证:f(x1)﹣f(x2)≥﹣+ln2;
(Ⅲ)设g(x)=f(x)+2ln , 对于任意a∈(2,4),总存在 , 使g(x)>k(4﹣a2)成立,求实数k的取值范围.
【答案】(Ⅰ)解:f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=,
令f′(x)>0,可得0<x<或x>1,f′(x)<0,可得<x<1,
∴f(x)的递增区间为(0,)和(1,+∞),递减区间为(,1);
(Ⅱ)证明:∵函数f(x)有两个极值点x1 , x2 ,
∴f′(x)==0,即2x2﹣ax+1=0有两个不相等的实数根,
∴x1+x2=,x1x2=
∴2(x1+x2)=a,x2=,
∴f(x1)﹣f(x2)=lnx1+x12﹣ax1﹣(lnx2+x22﹣ax2)=2lnx1﹣x12++ln2(0<x≤1).
设F(x)=2lnx﹣x2++ln2(0<x≤1),则F′(x)=﹣<0,
∴F(x)在(0,1)上单调递减,
∴F(x)≥F(1)=﹣+ln2,即f(x1)﹣f(x2)≥﹣+ln2;
(Ⅲ)解:g(x)=f(x)+2ln=2ln(ax+2)+x2﹣ax﹣2ln6,
∴g′(x)=,
∵a∈(2,4),∴x+>0,
∴g′(x)>0,
∴g(x)在上单调递增,
∴g(x)max=g(2)=2ln(2a+2)﹣2a+4﹣2ln6,
∴2ln(2a+2)﹣2a+4﹣2ln6>k(4﹣a2)在(2,4)上恒成立.
令h(a)=2ln(2a+2)﹣2a+4﹣2ln6﹣k(4﹣a2),则h(2)=0,
∴h(a)>0在(2,4)上恒成立.
∵h′(a)=,
k≤0时,h′(a)<0,h(a)在(2,4)上单调递减,h(a)<h(2)=0,不合题意;
k>0时,h′(a)=0,可得a=.
①>2,即0<k<时,h(a)在(2,)上单调递减,存在h(a)<h(2)=0,不合题意;
②≤2,即k≥时,h(x)在(2,4)上单调递增,h(a)>h(2)=0,满足题意.
综上,实数k的取值范围为[,+∞).
【解析】(Ⅰ)当a=3时,求导数,利用导数的正负,即可求函数f(x)的单调区间;
(Ⅱ)函数f(x)有两个极值点x1 , x2 , 则f′(x)==0,即2x2﹣ax+1=0有两个不相等的实数根,结合韦达定理,可得f(x1)﹣f(x2),构造新函数F(x)=2lnx﹣x2++ln2(0<x≤1),确定其单调性,即可得出结论;
(Ⅲ)确定g(x)在上单调递增,可得g(x)max=g(2)=2ln(2a+2)﹣2a+4﹣2ln6,h(a)=)=2ln(2a+2)﹣2a+4﹣2ln6﹣k(4﹣a2),分类讨论,确定单调性,即可得出结论.