问题 解答题
已知函数f(x)=ex-ax(a∈R).
(Ⅰ) 写出函数y=f(x)的图象恒过的定点坐标;
(Ⅱ)直线L为函数y=φ(x)的图象上任意一点P(x0,y0)处的切线(P为切点),如果函数y=φ(x)图象上所有的点(点P除外)总在直线L的同侧,则称函数y=φ(x)为“单侧函数”.
(i)当a=
1
2
判断函数y=f(x)是否为“单侧函数”,若是,请加以证明,若不是,请说明理由.
(i i)求证:当x∈(-2,+∞)时,ex+
1
2
x≥ln(
1
2
x+1)+1.
答案

(I)∵f(x)=ex-ax,

∴当x=0时,f(x)=e0-a×0=1

所以函数y=f(x)的图象恒过的定点为M(0,1).

(II)(i)对函数求导数,得f'(x)=ex-a,

当a=

1
2
时,f'(x)=ex-
1
2

所以函数y=f(x)图象在点P(x0,y0)处的切线斜率为k=f'(x0)=ex0-

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2

可得切线L的方程为:y-y0=(ex0-

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2
)(x-x0

∵y0=f(x0)=ex0-

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2
x0

∴函数y=f(x)图象在点P(x0,y0)处的切线L的方程化简,

得:y-(ex0-

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x0)=(ex0-
1
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)(x-x0),即y=(ex0-
1
2
)x+ex0(1-x0

设y=g(x)=(ex0-

1
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)x+ex0(1-x0),

再记F(x)=f(x)-g(x)=(ex-

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2
x)-[(ex0-
1
2
)x+ex0(1-x0)]=ex-ex0•x+ex0•x0-ex0

对F(x)求导数,得F'(x)=ex-ex0

当x>x0时,F'(x)>0,得函数F(x)在区间(x0,+∞)为增函数;

当x<x0时,F'(x)<0,得函数F(x)在区间(-∞,x0)为减函数,

∴当x=x0时,F(x)有最小值F(x0)=0.即F(x)≥0对任意的x∈R,都有F(x0)≥0,

也就是f(x)≥g(x)对任意的x∈R都成立.

因此,函数f(x)图象上所有的点都位于切线L的上方,由此可得当a=

1
2
时,函数y=f(x)是“单侧函数”.

(ii)由(i)的证明可得ex+

1
2
x≥(ex0-
1
2
)x+ex0(1-x0),

取x0=0,得不等式ex+

1
2
x≥
1
2
x+1对任意x∈R都成立…①,

接下来证明

1
2
x+1≥ln(
1
2
x+1)+1在区间(-2,+∞)上恒成立:

记函数G(x)=(

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2
x+1)-[ln(
1
2
x+1)+1]=
1
2
x-ln(
1
2
x+1),

对G(x)求导数,得G'(x)=

1
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-
1
1
2
x+1
1
2
=
x
2(x+2)

∴当x>0时,G'(x)>0,得函数G(x)在区间(0,+∞)为增函数;

当-2<x<0时,F'(x)<0,得函数F(x)在区间(-2,0)为减函数,

可得当x=0时,G(x)有最小值G(0)=0,即G(x)≥0对任意的x∈(-2,+∞)都成立.

所以不等式

1
2
x+1≥ln(
1
2
x+1)+1在区间(-2,+∞)上恒成立…②,

对照①②可得ex+

1
2
x≥
1
2
x+1≥ln(
1
2
x+1)+1在区间(-2,+∞)上恒成立,

即当x∈(-2,+∞)时),ex+

1
2
x≥ln(
1
2
x+1)+1恒成立.

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