问题 解答题

设函数f(x)=x-ln(x+m),其中m为实常数.

(Ⅰ)当m为何值时,f(x)≥0;

(Ⅱ)证明:当m>1时,函数f(x)在[e-m-m,e2m-m]内有两个零点.

答案

(Ⅰ)∵f(x)=x-ln(x+m),x∈(-m,+∞),

f′(x)=1-

1
x+m
=
x-(1-m)
x+m
,令f'(x)=0,得x=1-m.------------(2分)

当x∈(-m,1-m)时,f'(x)<0,f(x)为减函数,f(x)>f(1-m)

当x∈(1-m,+∞)时,f'(x)>0,f(x)为增函数,f(x)>f(1-m)---(4分)

根据函数极值判别方法,f(1-m)=1-m为极小值,

而且对x∈(-m,+∞)都有f(x)≥f(1-m)=1-m.

故当m≤1时,f(x)≥0.---------------(6分)

(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知,当m>1时,f(1-m)=1-m<0,

函数f(x)=x-ln(x+m),在[e-m-m,1-m]上为减函数.

f(e-m-m)=e-m-m-ln(e-m-m+m)=e-m>0

所以当m>1时,f(e-m-m)与f(1-m)异号.

由函数零点判定定理知,函数f(x)在区间(e-m-m,1-m)内有唯一零点.----------(9分)

而当m>1时,f(e2m-m)=e2m-3m.

令g(x)=e2x-3x(x>1),则g′(x)=2e2x-3(x>1)>2e2-3>0,

那么函数g(x)在区间(1,+∞)上递增.于是g(x)>g(1)=e2-3>0,从而f(e2m-m)=e2m-3m>0.--(11分)

所以,当整数m>1时,函数f(x)=x-ln(x+m)在[1-m,e2m-m]上为增函数且f(1-m)与f(e2m-m)异号,

所以函数f(x)在区间[1-m,e2m-m]内也有唯一零点.

综上,当m>1时,函数f(x)在区间[e-m-m,e2m-m]内有两个零点.------------(14分)

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