设 $f\left(x\right)=x\ln x-ax^{2}+\left(2a-1\right)x,a\in\mathbb R$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 令 $g\left(x\right)=f'\left(x\right)$,求 $g\left(x\right)$ 的单调区间;
    标注
    答案
    解析
    本小问考查利用导函数研究函数的单调性.根据题意,函数 $ f\left(x\right) $ 的导函数\[g\left(x\right)=f'\left(x\right)=\ln x-2a\left(x-1\right),x>0,\]而函数 $ g\left(x\right) $ 的导函数\[g'\left(x\right)=\dfrac{1-2ax}x,x>0.\]情形一 $ a\leqslant 0 $.
    此时在 $ \left(0,+\infty\right) $ 上,$ g'\left(x\right)>0 $,于是 $ g\left(x\right) $ 的单调递增区间是 $ \left(0,+\infty\right) $.
    情形二 $ a>0 $.
    此时函数 $ g\left(x\right) $ 的单调递增区间是 $ \left(0,\dfrac 1{2a}\right) $,单调递减区间是 $ \left(\dfrac{1}{2a},+\infty\right) $.
  2. 已知 $f\left(x\right)$ 在 $x=1$ 处取得极大值.求实数 $a$ 的取值范围.
    标注
    答案
    $ \left(\dfrac 12,+\infty\right) $
    解析
    本小问可以通过端点分析得到分界点 $ \dfrac 12 $,难点在于 $ a\leqslant \dfrac 12 $ 时的论证,但有第(1)小题的铺垫,亦不难解决.考虑到 $ f'\left(1\right)=0 $,于是当 $ f\left(x\right) $ 在 $ x=1 $ 处取得极大值时,必然在 $ x=1 $ 的左邻域内单调递增,在 $ x=1 $ 的右邻域内单调递减.注意到 $ f''\left(1\right)=g'\left(1\right)=1-2a $,因此得到分界点 $ \dfrac 12 $.
    情形一:$ a>\dfrac 12 $.
    此时函数 $ f'\left(x\right) $ 在 $ \left(\dfrac{1}{2a},+\infty\right) $ 上单调递减,而 $ f'\left(1\right)=0 $,于是在区间 $ \left(\dfrac{1}{2a},1\right) $ 上有 $ f'\left(x\right)>0 $,在区间 $ \left(1,+\infty\right) $ 上有 $ f'\left(x\right)<0 $,因此函数 $ f\left(x\right) $ 在 $ x=1 $ 处取得极大值,符合题意.
    情形二:$ a\leqslant \dfrac 12 $.
    (i)若 $ a\leqslant 0 $,则函数 $ f'\left(x\right) $ 在 $ \left(0,+\infty\right) $ 上单调递增,而 $ f'\left(1\right)=0 $,此时在区间 $ \left(0,1\right) $ 上有 $ f'\left(x\right)<0 $,因此函数 $ f\left(x\right) $ 在 $ x=1 $ 处不能取得极大值,不符合题意.
    (ii)若 $ 0<a<\dfrac 12 $,则函数 $ f'\left(x\right) $ 在 $ \left(0,\dfrac{1}{2a}\right) $ 上单调递增,而 $ \dfrac 1{2a}> 1 $ 且 $ f'\left(1\right)=0 $,此时在区间 $ \left(1,\dfrac{1}{2a}\right) $ 上有 $ f'\left(x\right)>0 $,因此函数 $ f\left(x\right) $ 在 $ x=1 $ 处不能取得极大值,不符合题意.
    (iii)若 $ a=\dfrac 12 $,则函数 $ f'\left(x\right) $ 在 $ \left(0,1\right) $ 上单调递增,在 $ \left(1,+\infty\right) $ 上单调递减,于是 $ f'\left(x\right)\leqslant 0 $,不符合题意.
    综上所述,$ a $ 的取值范围为 $ \left(\dfrac 12,+\infty\right) $.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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