问题 解答题

已知函数f(x)=ax+x2-xln a(a>0,a≠1).

(1)求函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;

(2)求函数f(x)的单调增区间;

(3)若存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1(e是自然对数的底数),求实数a的取值范围.

答案

(1)y=1

(2)(0,+∞)

(3)

解:(1)因为函数

f(x)=ax+x2-xln a(a>0),a≠1),

所以f′(x)=ax  ln a+2x-ln a,

f′(0)=0,又因为f(0)=1,

所以函数f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1.

(2)由(1)知f′(x)=axln a+2x-ln a

=2x+(ax-1)ln a.

因为当a>0,a≠1时,总有f′(x)在R上是增函数,又f′(0)=0,所以不等式f′(x)>0的解集为(0,+∞),故函数f(x)的单调增区间为(0,+∞).

(3)因为存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1成立,而当x1,x2∈[-1,1]时,|f(x1)-f(x2)|≤f(x)max-f(x)min,所以只要f(x)max-f(x)min≥e-1即可.当x变化时,f′(x) ,f(x)的变化情况如下表:

x(-∞,0)0(0,+∞)
f′(x)0
f(x)极小值
 

所以f(x)在[-1,0]上是减函数,在[0,1]上是增函数,所以当x∈[-1,1]时,f(x)的最小值f(x)min=f(0)=1,f(x)的最大值f(x)max为f(-1)和f(1)中的最大值.

f(1)-f(-1)

=(a+1-ln a)-

=a--2ln a.

令g(a)=a--2ln a(a>0),

因为g′(a)=1+2≥0,

所以g(a)=a--2ln a在a∈(0,+∞)上是增函数.

而g(1)=0,故当a>1时,g(a)>0,

即f(1)>f(-1);

当0<a<1时,g(a)<0,即f(1)<f(-1).

所以当a>1时,f(1)-f(0)≥e-1,即a-ln a≥e-1,易得函数y=a-ln a在a∈(1,+∞)上是增函数,解得a≥e;

当0<a<1时,f(-1)-f(0)≥e-1,

+ln a≥e-1,易得函数y=+ln a在a∈(0,1)上是减函数,解得0<a≤.

综上可知,实数a的取值范围为.

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