题目内容
15.已知f(x)=mx-alnx-m,g(x)=$\frac{ex}{e^x}$,其中m,a均为实数,(1)求g(x)的极值;
(2)设m=1,a=0,求证对$?{x_1},{x_2}∈[{3,4}]({x_1}≠{x_2}),|{f({x_2})-f({x_1})}|<|{\frac{{e{x_2}}}{{g({x_2})}}-\frac{{e{x_1}}}{{g({x_1})}}}$|恒成立;
(3)设a=2,若对?给定的x0∈(0,e],在区间(0,e]上总存在t1,t2(t1≠t2)使得f(t1)=f(t2)=g(x0)成立,求m的取值范围.
分析 (1)求出函数的导数,利用导函数的符号判断函数的单调性,然后求解极值.
(2)通过m=1,a=0,化简f(x)=x-1,利用函数的单调性,转化原不等式转化$f({x_2})-f({x_1})<\frac{{e{x_2}}}{{g({x_2})}}-\frac{{e{x_1}}}{{g({x_1})}}$,
构造函数$h(x)=f(x)-\frac{ex}{g(x)}=x-{e^x}-1$,利用新函数的导数的单调性,证不等式成立.
(3)由(1)得g(x)的最大值,求出函数f(x)的导数,判断m≤0,不满足题意;当m>0时,要?t1,t2使得f(t1)=f(t2),f(x)的极值点必在区间(0,e)内,求出m的范围,当$m>\frac{2}{e}$,利用g(x)在(0,e)上的值域包含于f(x)在$({0,\frac{2}{m}})和({\frac{2}{m},e})$上的值域,推出关系式,通过构造函数w(x)=2ex-x,通过导数求解函数的最值,然后推出$m≥\frac{3}{e-1}$.
解答 解:(1)∵$g(x)=\frac{ex}{e^x}$,∴${g^'}(x)=\frac{-e(x-1)}{e^x}$,
∴(-∞,1)↑,(1,+∞)↓,
∴g(x)极大值g(1)=1,无极小值;…(4分)
(2)∵m=1,a=0,∴f(x)=x-1,在[3,4]上 是增函数∴$\frac{ex}{g(x)}={e^x}$,在[3,4]上是增函数
设3≤x1<x2≤4,则原不等式转化为$f({x_2})-f({x_1})<\frac{{e{x_2}}}{{g({x_2})}}-\frac{{e{x_1}}}{{g({x_1})}}$
即$f({x_2})-\frac{{e{x_2}}}{{g({x_2})}}<f({x_1})-\frac{{e{x_1}}}{{g({x_1})}}$…(6分)
令$h(x)=f(x)-\frac{ex}{g(x)}=x-{e^x}-1$,
即证?x1<x2,h(x2)<h(x1),即h(x)在[3,4]↓
∵h′(x)=1-ex<0在[3,4]恒成立即h(x)在[3,4]↓,
即所证不等式成立.…(9分)
(3)由(1)得g(x)在(0,1)↑(1,e)↓,g(x)max=g(1)=1
所以,g(x)∈(0,1]
又${f^'}(x)=m-\frac{2}{x},当m≤0时,{f^'}(x)<0,f(x)在({0,e})↓$不符合题意
当m>0时,要?t1,t2使得f(t1)=f(t2),
那么由题意知f(x)的极值点必在区间(0,e)内,即$0<\frac{2}{m}<e$
得$m>\frac{2}{e}$,且函数f(x)在$({0,\frac{2}{m}})↓,({\frac{2}{m},e})↑$
由题意得g(x)在(0,e)上的值域包含于f(x)在$({0,\frac{2}{m}})和({\frac{2}{m},e})$上的值域,
∴$({\frac{2}{m},e})$内,$\left\{{\begin{array}{l}{f(\frac{2}{m})≤0}\\{f(e)≥1}\end{array}}\right.⇒m≥\frac{3}{e-1}$,
下面证$t∈({0,\frac{2}{m}}]$时,f(t)≥1,取t=e-m,先证${e^{-m}}<\frac{2}{m},即证2{e^m}-m>0$.
令w(x)=2ex-x,∴${w^'}(x)=2{e^x}-1>0,在[{\frac{3}{e-1},+∞})$内恒成立,∴w(x)↑,∴$w(x)≥w(\frac{3}{e-1})>0$,∴2em-m>0,
再证f(e-m)≥1,∵$f({e^{-m}})=m{e^{-m}}+m>m≥\frac{3}{e-1}>1$,
∴$m≥\frac{3}{e-1}$.…(14分)
点评 本题考查函数的导数的综合应用,函数的极值以及函数的单调性的判断与应用,新函数以及构造法的应用,考查综合分析问题解决问题的能力.
| A. | [-4,4] | B. | $[-4\sqrt{2},4\sqrt{2}]$ | C. | [-8,8] | D. | $[-8\sqrt{2},8\sqrt{2}]$ |
| A. | 充分而不必要条件 | B. | 必要而不充分条件 | ||
| C. | 充分必要条件 | D. | 既不充分也不必要条件 |
| A. | 2014 | B. | 2015 | C. | 2016 | D. | 2017 |
| 高一 | 高二 | 高三 | |
| 女生 | 373 | m | n |
| 男生 | 377 | 370 | p |
| A. | -$\frac{2\sqrt{5}}{5}$ | B. | -$\frac{\sqrt{5}}{5}$ | C. | $\frac{\sqrt{5}}{5}$ | D. | $\frac{2\sqrt{5}}{5}$ |