问题 解答题

已知函数f (x)=ex,g(x)=lnx,h(x)=kx+b.

(1)当b=0时,若对∀x∈(0,+∞)均有f (x)≥h(x)≥g(x)成立,求实数k的取值范围;

(2)设h(x)的图象为函数f (x)和g(x)图象的公共切线,切点分别为(x1,f (x1))和(x2,g(x2)),其中x1>0.

①求证:x1>1>x2

②若当x≥x1时,关于x的不等式ax2-x+xe-x+1≤0恒成立,求实数a的取值范围.

答案

(1)依题意对∀x∈(0,+∞)均有ex≥kx≥lnx成立

即对任意∀x∈(0,+∞)均有

ex
x
≥k≥
lnx
x
成立…(1分)

∴(

ex
x
min≥k≥(
lnx
x
)max

因为(

ex
x
)=
ex(x-1)
x2
y=
ex
x
在(0,1)上减,(1,+∞)增

∴(

ex
x
min=e

(

lnx
x
)=
1-lnx
x2
y=
lnx
x
在(0,e)上减,(e,+∞)增

(

lnx
x
)max=
1
e
即k的取值范围是[
1
e
,e]

(2)由题知:h(x)即为y-e x1=e x1(x-x1)即y=e x1•x+e x1-x1 e x1

也为y=lnx2=

1
x2
(x-x2)即y=
1
x2
x
+lnx2-1

ex1=
1
x2
ex1-x1ex1=lnx2-1
…(6分)

又x1=0,∴e x1>1  即

1
x2
>1⇒x1>1

即x1>1>x2…(8分)

(3)令F(x)=ax2-x+xe-x+1(x≥x1

∴F′(x)=-1-xe-x+e-x=-1+e-x(1-x)( x≥x1)

又x≥x1>1,F′(x)=-1-xe-x+e-x=-1+e-x(1-x)<0

即F(x)=ax2-x+xe-x+1(x≥x1)单调减,

所以只要F(x)≤F(x1)=ax2-x1+x1e -x1+1≤0

即a+x1-x1e x1+e x1≤0…(12分)

ex1=
1
x2
ex1-x1ex1=lnx2-1

x1=-lnx2
ex1-x1ex1=lnx2-1

x1-x1ex1+ex1=-1

故只要a+x1-x1ex1+ex1=a-1≤0得:

a≤1

综上,实数a的取值范围是(-∞,1]…(14分)

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