已知函数f(x)=(ax2+bx+c)ex在x=1处取得极小值,其图象过点A(0,1),且在点处切线的斜率为-1.
(Ⅰ)求f(x)的解析式;
(Ⅱ)设函数g(x)的定义域D,若存在区间[m,n]⊆D,使得g(x)在[m,n]上的值域也是[m,n],则称区间[m,n]为函数g(x)的“保值区间”.
(ⅰ)证明:当x>1时,函数f(x)不存在“保值区间”;
(ⅱ)函数f(x)是否存在“保值区间”?若存在,写出一个“保值区间”(不必证明);若不存在,说明理由.
(Ⅰ)∵函数f(x)=(ax2+bx+c)ex,
∴f′(x)=[ax2+(2a+b)x+(b+c)]ex,
由
,f(0)=1 f′(0)=-1 f′(0)=0
即
,c=1 b+c=-1 3a+2b+c=0
解得
.a=1 b=-2 c=1
经检验,f(x)=(x2-2x+1)ex满足题意.
(Ⅱ)由(Ⅰ)得f′(x)=(x2-1)ex.
(i)假设x>1时,f′(x)存在“保值区间[m,n]”,(n>m>1).
∵x>1时,f′(x)=(x2-1)ex>0,
∴f(x)在区间(1,+∞)是增函数,
依题意,
,f(m)=m f(n)=n
即
,(m-1)2em>m (n-1)2en=n
于是问题转化为(x-1)2ex-x=0有两个大于1的不等实根,
现在考察函数h(x)=(x-1)2ex-x(x≥1),
h′(x)=(x2-1)ex-1.
令∅(x)=(x2-1)ex-1,
则∅′(x)=(x2+2x-1)ex,
∴当x>1时,∅′(x)>0,
∴∅(x)在(1,+∞)是增函数,
即h′(x)在(1,+∞)是增函数.
∵h′(1)=-1<0,h′(2)=3e2-1>0.
∴存在唯一x0∈(1,2),使得h′(x0)=0,
当x变化时,h′(x),h(x)的变化情况如下表:
x | (1,x0) | x0 | (x0,+∞) |
h′(x) | - | 0 | + |
h(x) | ↓ | 极小值 | ↑ |
于是,h(x0)<h(1)=-1<0,
∵h(2)=e2-2>0,
∴当x>1时,h(x)的图象与x轴只有一个交点,
即方程(x-1)2e2-x=0有且只有一个大于1的根,与假设矛盾.
故当x>1时,f(x)不存在“保值区间”.
(ii)f(x)存在“保值区间”,[0,1]是它的一个“保值区间”.