问题 解答题

函数f(x)=|ex-bx|,其中e为自然对数的底,

(1)当b=1时,求曲线y=f(x)在x=1处的切线方程;

(2)若函数y=f(x)有且只有一个零点,求实数b的取值范围;

(3)当b>0时,判断函数y=f(x)在区间(0,2)上是否存在极大值,若存在,求出极大值及相应实数b的取值范围。

答案

解:(1)记g(x)=ex-bx,

当b=1时,g′(x)=ex-1,

当x>0时,g′(x)>0,所以g(x)在(0,+∞)上为增函数;

又g(0)=1>0,

所以当x∈(0,+∞)时,g(x)>0,

所以当x∈(0,+∞)时,f(x)=∣g(x)∣=g(x),

所以f′(1)=g′(1)=e-1,

所以曲线y=f(x)在点(1,e-1)处的切线方程为:y-(e-1)=(e-1)(x-1),

即y=(e-1)x。  

(2)f(x)=0同解于g(x)=0,

因此,只需g(x)=0有且只有一个解,即方程ex-bx=0有且只有一个解,

因为x=0不满足方程,所以方程同解于b=,  

令h(x)=

由h′(x)==0得x=1,

当x∈(1,+∞)时,h′(x)>0,h(x)单调递增,h(x)∈(e,+∞);

当x∈(0,1)时,h′(x)<0,h(x)单调递减,h(x)∈(e,+∞);

所以当x∈(0,+∞)时,方程b=有且只有一解等价于b=e;

当x∈(-∞,0)时,h(x)单调递减,且h(x)∈(-∞,0),

从而方程b=有且只有一解等价于b∈(-∞,0);

综上所述,b的取值范围为(-∞,0)∪{e}。

(3)由g′(x)=ex-b=0,得x=lnb,

当x∈(-∞,lnb)时,g′(x)<0,g(x)单调递减;

当x∈(lnb,+∞)时,g′(x)>0,g(x)单调递增;

所以在x=lnb时,g(x)取极小值g(lnb)=b-blnb=b(1-lnb),

①当0<b≤e时,g(lnb)=b-blnb=b(1-lnb)≥0,

从而当x∈R时,g(x)≥0,

所以f(x)=∣g(x)∣=g(x)在(-∞,+∞)上无极大值;

因此,在x∈(0,2)上也无极大值;

②当b>e时,g(lnb)<0,

因为g(0)=1>0,g(2lnb)=b2-2blnb=b(b-2lnb)>0,

所以存在x1∈(0,lnb),x2∈(lnb,2lnb),使得g(x1)=g(x2)=0,

此时f(x)=∣g(x)∣=

所以f(x)在(-∞,x1)单调递减,在(x1,lnb)上单调递增,在(lnb,x2)单调递减,

在(x2,+∞)上单调递增,

所以在x=lnb时,f(x)有极大值,

因为x∈(0,2),

所以,当lnb<2,即e<b<e2时,f(x)在(0,2)上有极大值;

当lnb≥2,即b≥e2时,f(x)在(0,2)上不存在极大值;

综上所述,在区间(0,2)上,当0<b≤e或b≥e2时,函数y=f(x)不存在极大值;

当e<b<e2时,函数y=f(x)在x=lnb时取极大值f(lnb)=b(lnb-1)。

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