已知:二次函数f(x)=ax2+bx+1,其中a,b∈R,g(x)=ln(ex),且函数F(x)=f(x)-g(x)在x=1处取得极值.
(I)求a,b所满足的关系;
(II)若直线l:y=kx(k∈R)与函数y=f(x)在x∈[1,2]上的图象恒有公共点,求k的最小值;
(III)试判断是否存在a∈(-2,0)∪(0,2),使得对任意的x∈[1,2],不等式(x+a)F(x)≥0恒成立?如果存在,请求出符合条件的a的所有值;如果不存在,说明理由.
(I) 由已知,∵f(x)=ax2+bx+1,g(x)=ln(ex),
∴函数F(x)=f(x)-g(x)=ax2+bx+1-ln(ex)
∴F′(x)=(x>0),
∵F(x)=f(x)-g(x)在x=1处取得极值
∴F′(1)=0,∴b=1-2a,
∴F′(x)=,
∴-≠1,∴a≠-
(II)由题意得:方程kx=ax2+(1-2a)x+1在x∈[1,2]时总有解,
∴k=,即k=ax++1-2a,
∵当a<0时,k=ax++1-2a在x∈[1,2]时单调递减,∴k≥,
当0<a<时,由k′=a-<0,k=ax++1-2a在x∈[1,2]时单调递减,∴k≥,
当≤a≤1时,由ax++1-2a≥2+1-2a(当且仅当x=时,取“=”)得k≥2+1-2a,
当a>1时,k=ax++1-2a在x∈[1,2]时单调递增,∴k≥2-a.
∴要使得直线l:y=kx(k∈R)与函数y=f(x)在x∈[1,2]上的图象恒有公共点
实数k应取(a<0)、2+1-2a(≤a≤1),2-a(a>1)三者中的最大值,
∵2+1-2a=-2(-)2+≤(≤a≤1),又2-a<1(a>1),
∴k的最小值为.
(III)∵F(x)=ax2+(1-2a)x+1-lnx,
当a∈(0,2)时,∵x∈[1,2],∴由(x+a)F(x)≥0得F(x)≥0,
∵F′(x)=,
∴x∈[1,2]时,F′(x)>0,函数y=F(x)单调递增,∴F(x)min≥F(1)=1-a≥0,
∴a∈(0,1]时成立.…(13分)
当a∈[-1,0)且a≠-时,∵F(1)=1-a≥0,F(2)=2-ln2≥0,类似地由单调性证得F(x)≥0,
又x+a≥0,∴(x+a)F(x)≥0成立,
当-2<a<-1时,(x+a)F(x)≥0等价于或.
由上可知,此时不成立.
综上,存在符合条件的a,其所有值的集合为[-1,-)∪(-,0)∪(0,1]