题目内容
【题目】设a,b∈R,函数 ,g(x)=ex(e为自然对数的底数),且函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在x=0处有公共的切线.
(Ⅰ)求b的值;
(Ⅱ)讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅲ)若g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)内恒成立,求a的取值范围.
【答案】(Ⅰ)f'(x)=x2+2ax+b,g'(x)=ex ,
由f'(0)=b=g'(0)=1,得b=1.
(Ⅱ)f'(x)=x2+2ax+1=(x+a)2+1﹣a2 ,
当a2≤1时,即﹣1≤a≤1时,f'(x)≥0,从而函数f(x)在定义域内单调递增,
当a2>1时, ,此时
若 ,f'(x)>0,则函数f(x)单调递增;
若 ,f'(x)<0,则函数f(x)单调递减;
若 时,f'(x)>0,则函数f(x)单调递增.
(Ⅲ)令h(x)=g'(x)﹣f'(x)=ex﹣x2﹣2ax﹣1,则h(0)=e0﹣1=0.h'(x)=ex﹣2x﹣2a,令u(x)=h'(x)=ex﹣2x﹣2a,则u'(x)=ex﹣2.
当x≤0时,u'(x)<0,从而h'(x)单调递减,
令u(0)=h'(0)=1﹣2a=0,得 .
先考虑 的情况,此时,h'(0)=u(0)≥0;
又当x∈(﹣∞,0)时,h'(x)单调递减,所以h'(x)>0;
故当x∈(﹣∞,0)时,h(x)单调递增;
又因为h(0)=0,故当x<0时,h(x)<0,
从而函数g(x)﹣f(x)在区间(﹣∞,0)内单调递减;
又因为g(0)﹣f(0)=0,所以g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)恒成立.
接下来考虑 的情况,此时,h'(0)<0,
令x=﹣a,则h'(﹣a)=e﹣a>0.
由零点存在定理,存在x0∈(﹣a,0)使得h'(x0)=0,
当x∈(x0 , 0)时,由h'(x)单调递减可知h'(x)<0,所以h(x)单调递减,
又因为h(0)=0,故当x∈(x0 , 0)时h(x)>0.
从而函数g(x)﹣f(x)在区间(x0 , 0)单调递增;
又因为g(0)﹣f(0)=0,所以当x∈(x0 , 0),g(x)<f(x).
综上所述,若g(x)>f(x)在区间(﹣∞,0)恒成立,则a的取值范围是
【解析】(Ⅰ)求出两个函数的导数,利用函数f(x)的图象与函数g(x)的图象在x=0处有公共的切线.列出方程即可求解b.
(Ⅱ)求出导函数f'(x)=,通过﹣1≤a≤1时,当a2>1时,分别判断导函数的符号,推出函数的单调区间.
(Ⅲ)令h(x)=g'(x)﹣f'(x)=ex﹣x2﹣2ax﹣1,可得h(0)0.求出h'(x)=ex﹣2x﹣2a,令u(x)=h'(x)=ex﹣2x﹣2a,求出导数u'(x)=ex﹣2.当x≤0时,u'(x)<0,从而h'(x)单调递减,求出 .考虑 的情况, 的情况,分别通过函数的单调性以及函数的最值,推出a的范围即可.