题目内容

已知函数f(x)=ax+x2,g(x)=xln a,a>1.

(1)求证:函数F(x)=f(x)-g(x)在(0,+∞)上单调递增;

(2)若函数y=-3有四个零点,求b的取值范围;

(3)若对于任意的x1,x2∈[-1,1]时,都有|F(x2)-F(x1)|≤e2-2恒成立,求a的取值范围.

 

(1)见解析(2)(2-,0)∪(2+,+∞)(3)(1,e2]

【解析】(1)∵F(x)=f(x)-g(x)=ax+x2-xln a,

∴F′(x)=ax·ln a+2x-ln a=(ax-1)ln a+2x.

∵a>1,x>0,∴ax-1>0,ln a>0,2x>0,

∴当x∈(0,+∞)时,F′(x)>0,即函数F(x)在区间(0,+∞)上单调递增.

(2)由(1)知当x∈(-∞,0)时,F′(x)<0,

∴F(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.

∴F(x)的最小值为F(0)=1.由-3=0,

得F(x)=b-+3或F(x)=b--3,

∴要使函数y=-3有四个零点,只需

即b->4,即 >0,

解得b>2+或2- <b<0.

故b的取值范围是(2-,0)∪(2+,+∞).

(3)∵?x1,x2∈[-1,1],由(1)知F(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增,

∴F(x)min=F(0)=1.

从而再来比较F(-1)与F(1)的大小即可.

F(-1)=+1+ln a,F(1)=a+1-ln a,

∴F(1)-F(-1)=a--2ln a.

令H(x)=x--2ln x(x>0),

则H′(x)=1+-== >0,

∴H(x)在(0,+∞)上单调递增.

∵a>1,∴H(a)>H(1)=0.∴F(1)>F(-1).

∴|F(x2)-F(x1)|的最大值为|F(1)-F(0)|=a-ln a,

∴要使|F(x2)-F(x1)|≤e2-2恒成立,只需a-ln a≤e2-2即可.令h(a)=a-ln a(a>1),h′(a)=1- >0,∴h(a)在(1,+∞)上单调递增.∵h(e2)=e2-2,∴只需h(a)≤h(e2),即1<a≤e2.故a的取值范围是(1,e2]

 

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