问题 解答题

已知函数f(x)=kex-x2(其中k∈R,e是自然对数的底数).

(Ⅰ)若k<0,试判断函数f(x)在区间(0,+∞)上的单调性;

(Ⅱ)若k=2,当x∈(0,+∞)时,试比较f(x)与2的大小;

(Ⅲ)若函数f(x)有两个极值点x1,x2(x1<x2),求k的取值范围,并证明0<f(x1)<1.

答案

(Ⅰ)由f′(x)=kex-2x可知,

当k<0时,由于x∈(0,+∞),f′(x)=kex-2x<0,

故函数f(x)在区间(0,+∞)上是单调递减函数.

(Ⅱ)当k=2时,f(x)=2ex-x2,则f′(x)=2ex-2x,

令h(x)=2ex-2x,h′(x)=2ex-2,

由于x∈(0,+∞),故h′(x)=2ex-2>0,

于是h(x)=2ex-2x在(0,+∞)为增函数,

所以h(x)=2ex-2x>h(0)=2>0,即f′(x)=2ex-2x>0在(0,+∞)恒成立,

从而f(x)=2ex-x2在(0,+∞)为增函数,

故f(x)=2ex-x2>f(0)=2.

(Ⅲ)函数f(x)有两个极值点x1,x2,则x1,x2是f′(x)=kex-2x=0的两个根,

即方程k=

2x
ex
有两个根,设φ(x)=
2x
ex
,则φ′(x)=
2-2x
ex

当x<0时,φ′(x)>0,函数φ(x)单调递增且φ(x)<0;

当0<x<1时,φ′(x)>0,函数φ(x)单调递增且φ(x)>0;

当x>1时,φ′(x)<0,函数φ(x)单调递减且φ(x)>0.

要使k=

2x
ex
有两个根,只需0<k<φ(1)=
2
e

故实数k的取值范围是(0,

2
e
).

又由上可知函数f(x)的两个极值点x1,x2满足0<x1<1<x2

f′(x1)=kex1-2x1=0,得k=

2x1
ex1

f(x1)=kex1-

x21
=
2x1
ex1
ex1-
x21
=x1(2-x1)=-
x21
+2x1=-(x1-1)2+1,

由于x1∈(0,1),故0<-(x1-1)2+1<1

所以0<f(x1)<1.

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