问题 解答题

已知函数f(x)=ex-kx,其中k∈R;

(Ⅰ)若k=e,试确定函数f(x)的单调区间;

(Ⅱ)若k>0,且对于任意x∈R,f(|x|)>0恒成立,试确定实数k的取值范围;

(Ⅲ)求证:当k>ln2-1且x>0时,f(x)>x2-3kx+1.

答案

(Ⅰ)由k=e得f(x)=ex-ex,所以f'(x)=ex-e.

由f'(x)>0得x>1,故f(x)的单调递增区间是(1,+∞),

由f'(x)<0得x<1,故f(x)的单调递减区间是(-∞,1).

(Ⅱ)由f(|-x|)=f(|x|)可知f(|x|)是偶函数.

于是f(|x|)>0对任意x∈R成立等价于f(x)>0对任意x≥0成立.

由f'(x)=ex-k=0得x=lnk.

①当k∈(0,1]时,f'(x)=ex-k>1-k≥0(x>0).

此时f(x)在[0,+∞)上单调递增.

故f(x)≥f(0)=1>0,符合题意.

②当k∈(1,+∞)时,lnk>0.

当x变化时f'(x),f(x)的变化情况如下表:

x(0,lnk)lnk(lnk,+∞)
f'(x)-0+
f(x)单调递减极小值单调递增
由此可得,在[0,+∞)上,f(x)≥f(lnk)=k-klnk.

依题意,k-klnk>0,又k>1,∴1<k<e.

综合①,②得,实数k的取值范围是0<k<e.

(Ⅲ)由题,f(x)>x2-3kx+1,即ex-kx>x2-3kx+1⇔ex-x2+2kx-1>0

记g(x)=ex-x2+2kx-1,则g'(x)=ex-2x+2k,记h(x)=ex-2x+2k

则h'(x)=ex-2,得h'(x)>0⇔ex>2⇔x>ln2

因此,h(x)在(-∞,ln2)上递减,在(ln2,+∞)上递增;

得h(x)min=h(ln2)=2-2ln2+2k;

因为,k>ln2-1,可得h(x)min=2-2ln2+2k>0

所以,g'(x)>0,说明g(x)在R上递增,因此,当x>0时有g(x)>g(0)=0

由上,ex-x2+2kx-1>0,因此得f(x)>x2-3kx+1;

名词解释
判断题