已知函数f(x)=ke x -x 2 (其中k∈R,e是自然对数的底数).

已知函数f(x)=ke x -x 2 (其中k∈R,e是自然对数的底数).
(Ⅰ)若k<0,试判断函数f(x)在区间(0,+∞)上的单调性;
(Ⅱ)若k=2,当x∈(0,+∞)时,试比较f(x)与2的大小;
(Ⅲ)若函数f(x)有两个极值点x 1 ,x 2 (x 1 <x 2 ),求k的取值范围,并证明0<f(x 1 )<1.
3hacyw6 1年前 已收到1个回答 举报

zhangyi_121 幼苗

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(Ⅰ)由f′(x)=ke x -2x可知,
当k<0时,由于x∈(0,+∞),f′(x)=ke x -2x<0,
故函数f(x)在区间(0,+∞)上是单调递减函数.
(Ⅱ)当k=2时,f(x)=2e x -x 2 ,则f′(x)=2e x -2x,
令h(x)=2e x -2x,h′(x)=2e x -2,
由于x∈(0,+∞),故h′(x)=2e x -2>0,
于是h(x)=2e x -2x在(0,+∞)为增函数,
所以h(x)=2e x -2x>h(0)=2>0,即f′(x)=2e x -2x>0在(0,+∞)恒成立,
从而f(x)=2e x -x 2 在(0,+∞)为增函数,
故f(x)=2e x -x 2 >f(0)=2.
(Ⅲ)函数f(x)有两个极值点x 1 ,x 2 ,则x 1 ,x 2 是f′(x)=ke x -2x=0的两个根,
即方程 k=
2x
e x 有两个根,设 φ(x)=
2x
e x ,则 φ′(x)=
2-2x
e x ,
当x<0时,φ′(x)>0,函数φ(x)单调递增且φ(x)<0;
当0<x<1时,φ′(x)>0,函数φ(x)单调递增且φ(x)>0;
当x>1时,φ′(x)<0,函数φ(x)单调递减且φ(x)>0.
要使 k=
2x
e x 有两个根,只需 0<k<φ(1)=
2
e .
故实数k的取值范围是 (0,
2
e ) .
又由上可知函数f(x)的两个极值点x 1 ,x 2 满足0<x 1 <1<x 2
由 f′( x 1 )=k e x 1 -2 x 1 =0 ,得 k=
2 x 1
e x 1 ,
∴ f( x 1 )=k e x 1 -
x 21 =
2 x 1
e x 1 e x 1 -
x 21 = x 1 (2- x 1 )=-
x 21 +2 x 1 =-( x 1 -1 ) 2 +1 ,
由于x 1 ∈(0,1),故 0<-( x 1 -1 ) 2 +1<1 ,
所以0<f(x 1 )<1.

1年前

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