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.
(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=
有两个根,设φ(x)=2x ex
,则φ′(x)=2x ex
,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=
有两个根,只需0<k<φ(1)=2x ex
.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,
由f′(x1)=kex1-2x1=0,得k=
,2x1 ex1
∴f(x1)=kex1-
=x 21
ex1-2x1 ex1
=x1(2-x1)=-x 21
+2x1=-(x1-1)2+1,x 21
由于x1∈(0,1),故0<-(x1-1)2+1<1,
所以0<f(x1)<1.