问题 解答题
已知函数f(x)=(1+x)e-2x,g(x)=ax+
x3
2
+1+2xcosx,当x∈[0,1]时,
(I)求证:1-x≤f(x)≤
1
1+x

(II)若f(x)≥g(x)恒成立,求实数a的取值范围.
答案

(I)证明:①当x∈[0,1)时,(1+x)e-2x≥1-x⇔(1+x)e-x≥(1-x)ex

令h(x)=(1+x)e-x-(1-x)ex,则h(x)=x(ex-e-x).

当x∈[0,1)时,h(x)≥0,

∴h(x)在[0,1)上是增函数,

∴h(x)≥h(0)=0,即f(x)≥1-x.

②当x∈[0,1)时,f(x)≤

1
1+x
⇔ex≥1+x,令u(x)=ex-1-x,则u(x)=ex-1.

当x∈[0,1)时,u(x)≥0,

∴u(x)在[0,1)单调递增,∴u(x)≥u(0)=0,

∴f(x)

1
1+x

综上可知:1-x≤f(x)≤

1
1+x

(II)设G(x)=f(x)-g(x)=(1+x)e-2x-(ax+

1
2
x3+1+2xcosx)

1-x-ax-1-

1
2
x3-2xcosx=-x(a+1+
x2
2
+2cosx)

令H(x)=

x2
2
+2cosx,则H(x)=x-2sinx,

令K(x)=x-2sinx,则K(x)=1-2cosx.

当x∈[0,1)时,K(x)<0,

可得H(x)是[0,1)上的减函数,∴H(x)≤H(0)=0,故H(x)在[0,1)单调递减,

∴H(x)≤H(0)=2.∴a+1+H(x)≤a+3.

∴当a≤-3时,f(x)≥g(x)在[0,1)上恒成立.

下面证明当a>-3时,f(x)≥g(x)在[0,1)上不恒成立.

f(x)-g(x)≤

1
1+x
-(1+ax+
1
2
x3+2xcosx)=
-x
1+x
-ax-
x3
2
-2xcosx
=-x(
1
1+x
+a+
x2
2
+2cosx)

令v(x)=

1
1+x
+a+
x2
2
+2cosx=
1
1+x
+a+H(x)
,则v(x)=
-1
(1+x)2
+H(x)

当x∈[0,1)时,v(x)≤0,故v(x)在[0,1)上是减函数,

∴v(x)∈(a+1+2cos1,a+3].

当a>-3时,a+3>0.

∴存在x0∈(0,1),使得v(x0)>0,此时,f(x0)<g(x0).

即f(x)≥g(x)在[0,1)不恒成立.

综上实数a的取值范围是(-∞,-3].

单项选择题
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