若函数f(x)=ln⁡x+(x−b)2(b∈R)f(x)=\ln x+(x-b)^{2}(b∈R)在区间[12,2][ \dfrac {1}{2},2]上存在单调递增区间,则实数bb的取值范围是()()
A. (−∞,32)(-∞, \dfrac {3}{2})
B. (−∞,94)(-∞, \dfrac {9}{4})
C. (−32,94)(- \dfrac {3}{2}, \dfrac {9}{4})
D. (32,+∞)( \dfrac {3}{2},+∞)

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完整解法

1. 对函数求导并转化单调性存在性问题

求函数 f(x)f(x) 的导数得:
f′(x)=1x+2(x−b)=2x2−2bx+1xf'(x) = \frac{1}{x} + 2(x-b) = \frac{2x^2-2bx+1}{x}
若函数 f(x)f(x) 在区间 [12,2][\frac{1}{2},2] 上存在单调递增区间,则 f′(x)>0f'(x) > 0 在 [12,2][\frac{1}{2}, 2] 上有解(因为 f′(x)f'(x) 在区间上连续且不恒为 00)。

2. 分离参数,将有解问题转化为最值问题

因为 x∈[12,2]x \in [\frac{1}{2}, 2],所以 x>0x > 0。
不等式 f′(x)>0f'(x) > 0 有解等价于 2x2−2bx+1>02x^2 - 2bx + 1 > 0 在 [12,2][\frac{1}{2}, 2] 上有解。
分离参数 bb,不等式可变形为:
2b<2x+1x2b < 2x + \frac{1}{x}
因此,只需 2b<max⁡x∈[12,2](2x+1x)2b < \max_{x \in [\frac{1}{2}, 2]} \left(2x + \frac{1}{x}\right)。

3. 求函数 $g(x) = 2x + \frac{1}{x}$ 在区间上的最大值

令 g(x)=2x+1xg(x) = 2x + \frac{1}{x},利用导数求其在 [12,2][\frac{1}{2}, 2] 上的最大值。
g′(x)=2−1x2=2x2−1x2g'(x) = 2 - \frac{1}{x^2} = \frac{2x^2-1}{x^2}
当 x∈[12,22)x \in [\frac{1}{2}, \frac{\sqrt{2}}{2}) 时,g′(x)<0g'(x) < 0,g(x)g(x) 单调递减;
当 x∈(22,2]x \in (\frac{\sqrt{2}}{2}, 2] 时,g′(x)>0g'(x) > 0,g(x)g(x) 单调递增。
因此,最大值在区间端点处取得:
g(12)=2×12+2=3g\left(\frac{1}{2}\right) = 2 \times \frac{1}{2} + 2 = 3
g(2)=2×2+12=92g(2) = 2 \times 2 + \frac{1}{2} = \frac{9}{2}
因为 92>3\frac{9}{2} > 3,所以 g(x)g(x) 在 [12,2][\frac{1}{2}, 2] 上的最大值为 92\frac{9}{2}。

4. 求解参数 $b$ 的取值范围并得出结论

由 2b<922b < \frac{9}{2} 得 b<94b < \frac{9}{4}。
所以实数 bb 的取值范围是 (−∞,94)\left(-\infty, \frac{9}{4}\right)。
对照选项,应选 B。

答案

B

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