问题 解答题

已知函数f(x)=ax+x2-xlna(a>1).

(Ⅰ)试讨论函数f(x)的单调性;

(Ⅱ)若函数y=|f(x)-t|-1有三个零点,试求t的值;

(Ⅲ)若存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1,试求a的取值范围.

答案

(Ⅰ)f'(x)=axlna+2x-lna=2x+(ax-1)lna.

∵f'(0)=0,且a>1.

当x>0时,lna>0,ax-1>0⇒f'(x)>0,

故函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;

当x<0时,lna>0,ax-1<0⇒f'(x)<0.

故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减.

(Ⅱ)当a>1时,由(Ⅰ)可知:f(x)在x=0处取得最小值,又函数y=|f(x)-t|-1有三个零点,所以方程f(x)=t±1有三个根,

而t+1>t-1,所以t-1=(f(x))min=f(0)=1,由此可解得:t=2.

(Ⅲ)因为存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1,

因此当x∈[-1,1]时,有:|(f(x))max-(f(x))min|=(f(x))max-(f(x))min≥e-1.

又由(Ⅰ)知:f(x)在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增,

故当x∈[-1,1]时,(f(x))min=f(0)=1,(f(x))max=max{f(-1),f(1)},

f(1)-f(-1)=(a+1-lna)-(

1
a
+1+lna)=a-
1
a
-2lna.

g(t)=t-

1
t
-2lnt (t≥1),因为g(t)′=1+
1
t2
-
2
t
=(
1
t
-1)2≥0
(当t=1时取等号)

因此g(t)=t-

1
t
-2lnt在t∈[1,+∞)上单调递增,而g(1)=0,故当t>1时,g(t)>0;即当a>1时,f(1)>f(-1)

由f(1)-f(0)≥e-1⇒a-lna≥e-1⇒a≥e,综上所述,所求a的取值范围为[e,+∞).

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