问题 解答题
已知函数f(x)=
2x-1
(x+1)2
,g(x)=xeax-1(a∈R,e为自然对数的底数,e≈2.718).
(1)当x∈[0,3]时,求函数f(x)的值域;
(2)若对于任意的x0∈[0,3],都存在x1∈[0,3],使得g(x1)=f(x0),求a的取值范围.
答案

(1)由已知,x≠-1,f′(x)=

-2x+4
(x+1)3
,…(2分)

在区间(-1,2)上,f'(x)>0,函数f(x)为增函数,

在区间(2,+∞)上,f'(x)<0,函数f(x)为减函数,

所以,在区间[0,3]上,函数f(x)的最大值为f(2)=

1
3

又f(0)=-1,f(3)=

5
16
,所以f(x)的最小值为f(0)=-1.

所以f(x)在区间[0,3]上的值域为[-1,

1
3
].

(2)设函数g(x)在区间[0,3]上的值域为N,根据题意,

若对于任意的x0∈[0,3],都存在x1∈[0,3],使得g(x1)=f(x0),即[-1,

1
3
]⊆N.

①当a=0时,g(x)=x-1,在区间[0,3]上的值域N=[-1,2],符合题意;

由已知g'(x)=(ax+1)eax

②当a>0时,在(-

1
a
,+∞)上,g'(x)>0,g(x)为增函数,在区间[0,3]上的值域N=[g(0),g(3)],

即N=[-1,3e3a-1],因为3e3a>3,3e3a-1>2所以符合题意;

③当-

1
3
<a<0时,-
1
a
>3
,在(-∞,-
1
a
)
上,g'(x)>0,g(x)为增函数,在区间[0,3]上的值域N=[g(0),g(3)],即N=[-1,3e3a-1],

因为-

1
3
<a<0,所以-1<3a<0,
3
e
-1<3e3a-1<2

比较

3
e
-1与
1
3
,即比较e与
9
4
,因为e≈2.718,所以e>
9
4
,所以
3
e
-1<
1
3

所以,根据题意,需3e3a-1≥

1
3
,解得a≥
2
3
ln
2
3
.所以
2
3
ln
2
3
≤a<0
;…(10分)

④当a≤-

1
3
时,0<-
1
a
≤3
,在(-∞,-
1
a
)
上,g'(x)>0,g(x)为增函数,

(-

1
a
,+∞)上,g'(x)<0,g(x)为减函数,在区间[0,3]上的最大值为g(-
1
a
)=-
1
ae
-1

以下比较-

1
ae
-1与
1
3
,由于0<-
1
a
≤3
,所以-
1
ae
-1≤
3
e
-1<
1
3
,不符合题意.…(12分)

综上,实数a的取值范围为[

2
3
ln
2
3
,+∞).

单项选择题
填空题