已知函数f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx,g(x)=xe1-x.(a∈R,e为自然对数的底数)

已知函数f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx,g(x)=xe1-x.(a∈R,e为自然对数的底数)
(Ⅰ)当a=1时,求f(x)的单调区间;
(Ⅱ)若函数f(x)在(0,
1
2
)上无零点,求a
的最小值;
(Ⅲ)若对任意给定的x0∈(0,e],在(0,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=g(x0)成立,求a的取值范围.
niushi16 1年前 已收到1个回答 举报

无名飘云 幼苗

共回答了15个问题采纳率:86.7% 举报

解题思路:(I)利用导数与单调性的关系定理即可得出;(II)因为f(x)<0在区间(0,12)上恒成立不可能,故要使函数f(x)在(0,12)上无零点,只要对任意的x∈(0,12),f(x)>0恒成立,通过分离参数,利用导数即可得出.(III)利用导数得出函数g(x)在(0,e]上的值域,再利用导数研究函数f(x)的单调性,当函数f(x)的取值在函数g(x)的值域范围内且与y=g(x0)由两个交点时即可.

(I)当a=1时,f(x)=x−1−2lnx,则f′(x)=1−
2
x,
由f'(x)>0,得x>2;由f'(x)<0,得0<x<2.
故f(x)的单调减区间为(0,2],单调增区间为[2,+∞).
(II)因为f(x)<0在区间(0,
1
2)上恒成立不可能,
故要使函数f(x)在(0,
1
2)上无零点,只要对任意的x∈(0,
1
2),f(x)>0恒成立,
即对x∈(0,
1
2),a>2−
2lnx
x−1恒成立.
令l(x)=2−
2lnx
x−1,x∈(0,
1
2),
则l′(x)=
2lnx+
2
x−2
(x−1)2,
再令m(x)=2lnx+
2
x−2,x∈(0,
1
2),
则m′(x)=
2
x−
2
x2=−
2(1−x)
x2<0,
故m(x)在(0,
1
2)上为减函数,于是m(x)>m(
1
2)=2-2ln2>0.
从而l′(x)>0,于是l(x)在(0,
1
2)上为增函数,
∴l(x)<l(
1
2)=2-4ln2,
故要使a>2−
2lnx
x−1在(0,
1
2)上无零点,只要a∈[2-4ln2,+∞).
综上,若函数f(x)在(0,
1
2)上无零点,则a的最小值为2-4ln2.
(III)g'(x)=e1-x-xe1-x=(1-x)e1-x


当x∈(0,1)时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增;
当x∈(1,e]时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减.
又因为g(0)=0,g(1)=1,g(e)=e•e1−e>0,
所以,函数g(x)在(0,e]上的值域为(0,1].
当a=2时,不合题意;


当a≠2时,f′(x)=2−a−
2
x=
(2−a)x−2
x=
(2−a)(x−
2
2−a)
x,x∈(0,e]
当x=
2
2−a时,f′(x)=0.
由题意得,f(x)在(0,e]上不单调,
故0<
2
2−a<e,即a<2−
2
e①
此时,当x变化时,f'(x),f(x)的变化情况如下:

(0,
2
2−a)[2/2−a](
2
2−a,e]
f'(x)-0+
f(x)↘最小值↗

又因为,当x→0时,f(x)→+∞,
f(
2
2−a)=a−2ln
2
2−a,f(e)=(2−a)(e−1)−2,
所以,对任意给定的x0∈(0,e],在(0,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),
使得f(xi)=g(x0)成立,当且仅当a满足下列条件:
②③

f(
2
2−a)≤0
f(e)≥1即

a−2ln
2
2−a≤0
(2−a)(e−1)−2≥1.


令h(a)=a−2ln
2
2−a,a∈(−∞,2−
2
e),
则h′(a)=1−2[ln2−ln(2−a)]′=1−
2
2−a=
a
a−2,令h′(a)=0,
得a=0或a=2,
故当a∈(−∞,0)时,h′(a)>0,函数h(a)单调递增;
当a∈(0,2−
2
e)时,h′(a)<0,函数h(a)单调递减.
所以,对任意a∈(−∞,2−
2
e),有h(a)≤h(0)=0,
即②对任意a∈(−∞,2−
2
e)恒成立.
由③式解得:a≤2−
3
e−1.④
综合①④可知,当a∈(−∞,2−
3
e−1]时,对任意给定的x0∈(0,e],
在(0,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),
使f(xi)=g(x0)成立.

点评:
本题考点: 利用导数研究函数的单调性;函数的零点;根据实际问题选择函数类型.

考点点评: 本题综合考查了利用导数研究函数的单调性、极值、最值等性质,及分类讨论思想方法、等价转化法、数形结合法、分离参数法等方法.

1年前

6
可能相似的问题
Copyright © 2024 YULUCN.COM - 雨露学习互助 - 16 q. 0.014 s. - webmaster@yulucn.com