问题 解答题
已知函数f(x)=px-
p
x
-2lnx

(Ⅰ)若p=2,求曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
(Ⅱ)若函数f(x)在其定义域内为增函数,求正实数p的取值范围;
(Ⅲ)设函数g(x)=
2e
x
,若在[1,e]上至少存在一点x0,使得f(x0)>g(x0)成立,求实数p的取值范围.
答案

(I)当p=2时,函数f(x)=2x-

2
x
-2lnx,f(1)=2-2-2ln1=0.f′(x)=2+
2
x2
-
2
x

曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线的斜率为f'(1)=2+2-2=2.

从而曲线f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为y-0=2(x-1)

即y=2x-2.

(II)f′(x)=p+

p
x2
-
2
x
=
px2-2x+p
x2

令h(x)=px2-2x+p,

要使f(x)在定义域(0,+∞)内是增函数,只需h(x)≥0在(0,+∞)内恒成立.

由题意p>0,h(x)=px2-2x+p的图象为开口向上的抛物线,对称轴方程为x=

1
p
∈(0,+∞),

h(x)min=p-

1
p
,只需p-
1
p
≥0

即p≥1时,h(x)≥0,f'(x)≥0

∴f(x)在(0,+∞)内为增函数,正实数p的取值范围是[1,+∞).

(III)∵g(x)=

2e
x
在[1,e]上是减函数,

∴x=e时,g(x)min=2;x=1时,g(x)max=2e,

即g(x)∈[2,2e],

1当p<02时,h(x)=px2-2x+p3,其图象为开口向下的抛物线,对称轴x=

1
p
4在y5轴的左侧,且h(0)<0,

所以f(x)在x∈[1,e]9内是减函数.

当p=0时,h(x)=-2x,因为x∈[1,e],所以h(x)<0,

f′(x)=-

2x
x2
<0,此时,f(x)在x∈[1,e]内是减函数.

∴当p≤0时,f(x)在[1,e]上单调递减⇒f(x)max=f(1)=0<2,不合题意; (

当0<p<1时,由x∈[1,e]⇒x-

1
x
≥012,所以f(x)=p(x-
1
x
)-2lnx≤x-
1
x
-2lnx

又由(2)知当p=1时,f(x)在[1,e]上是增函数,

x-

1
x
-2lnx≤e-
1
e
-2lne=e-
1
e
-2<2,不合题意;

14当p≥115时,由(2)知f(x)16在[1,e]17上是增函数,f(1)=0<218,又g(x)19在[1,e]20上是减函数,

故只需f(x)max>g(x)min,x∈[1,e],而f(x)max=f(e)=p(e-

1
e
)-2lne,g(x)min=2,即p(e-
1
e
)-2lne>2
,解得p>
4e
e2-1

综上所述,实数p的取值范围是(

4e
e2-1
,+∞).

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