问题 解答题

已知函数f(x)=eax-x,其中a≠0.

(1)若对一切x∈R,f(x)≥1恒成立,求a的取值集合.

(2)在函数f(x)的图象上取定两点A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2)(x1<x2),记直线AB的斜率为K,问:是否存在x0∈(x1,x2),使f′(x0)>k成立?若存在,求x0的取值范围;若不存在,请说明理由.

答案

(1)若a<0,则对一切x>0,函数f(x)=eax-x<1,这与题设矛盾,

∵a≠0,∴a>0

∵f′(x)=aeax-1,令f′(x)=0,可得x=

1
a
ln
1
a

令f′(x)<0,可得x<

1
a
ln
1
a
,函数单调减;令f′(x)>0,可得x>
1
a
ln
1
a
,函数单调增,

x=

1
a
ln
1
a
时,f(x)取最小值f(
1
a
ln
1
a
)=
1
a
-
1
a
ln
1
a

∴对一切x∈R,f(x)≥1恒成立,则

1
a
-
1
a
ln
1
a
≥1①

令g(t)=t-tlnt,则g′(t)=-lnt

当0<t<1时,g′(t)>0,g(t)单调递增;当t>1时,g′(t)<0,g(t)单调递减

∴t=1时,g(t)取最大值g(1)=1

∴当且仅当

1
a
=1,即a=1时,①成立

综上所述,a的取值集合为{1};

(2)由题意知,k=

eax2-eax1
x2-x1
-1

令φ(x)=f′(x)-k=aeax-

eax2-eax1
x2-x1
,则φ(x1)=-
eax1
x2-x1
[ea(x2-x1)-a(x2-x1)-1]

φ(x2)=

eax2
x2-x1
[ea(x1-x2)-a(x1-x2)-1]

令F(t)=et-t-1,则F′(t)=et-1

当t<0时,F′(t)<0,函数单调减;当t>0时,F′(t)>0,函数单调增;

∴t≠0时,F(t)>F(0)=0,即et-t-1>0

ea(x2-x1)-a(x2-x1)-1>0ea(x1-x2)-a(x1-x2)-1>0

eax1
x2-x1
>0,
eax2
x2-x1
>0

∴φ(x1)<0,φ(x2)>0

∴存在c∈(x1,x2),φ(c)=0

∵φ′(x)单调递增,故这样的c是唯一的,且c=

1
a
ln
eax2-eax1
a(x2-x1)

当且仅当x∈(

1
a
ln
eax2-eax1
a(x2-x1)
,x2)时,f′(x)>k

综上所述,存在x0∈(x1,x2),使f′(x0)>k成立,且x0的取值范围为(

1
a
ln
eax2-eax1
a(x2-x1)
,x2

名词解释
单项选择题 A1/A2型题