已知函数f(x)=
(1)若a=1时,记h(x)=
(2)若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,求a的取值范围. |
(1)g′(x)=
+2e,g′(x)=0⇒x=e-1,2lnx x
x∈(0,e-1),g'(x)<0,g(x)递减;x∈(e-1,1),g'(x)>0,g(x)递增,
∴g(x)min=g(e-1)=1,∴h(x)=
,mx 1+x2
显然m>0,则h(x)在(0,1]上是递增函数,h(x)max=m,
∴m>1,
所以存在x1,x2∈(0,1]使h(x1)>g(x2)成立时,实数m的取值范围是(1,+∞);
(2)f′(x)=
,-2(x+a)(ax-1) (x2+1)2
①当a=0时,f′(x)=
.2x (x2+1)2
所以f(x)在(0,+∞)上单调递增,在(-∞,0)上单调递减,f(x)在[0,+∞)上不存在最大值和最小值;
当a≠0,f(x)=
,-2a(x+a)(x-
)1 a (x2+1)2
②当a>0时,令f'(x)=0,得x1=-a<0,x2=
,f(x)与f'(x)的情况如下:1 a
x | (0,x2) | x2 | (x2,+∞) |
f'(x) | + | 0 | - |
f(x) | ↗ | f(x2) | ↘ |
1 |
a |
1 |
a |
当a>0时,由上得,f(x)在(0,
)单调递增,在(1 a
,+∞)单调递减,1 a
所以f(x)在(0,+∞)上存在最大值f(
)=a2>0.1 a
又因为
f(x)=lim x→∞ lim x→∞
=0,2ax+a2-1 x2+1
设x0为f(x)的零点,易知x0=
,且x0<1-a2 2a
.从而x>x0时,f(x)>0;x<x0时,f(x)<0.1 a
若f(x)在[0,+∞)上存在最小值,必有f(0)≤0,解得-1≤a≤1.
所以a>0时,若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,a的取值范围是(0,1].
③当a<0时,f(x)与f'(x)的情况如下:
x | (0,x1) | x1 | (x1,+∞) |
f'(x) | - | 0 | + |
f(x) | ↘ | f(x1) | ↗ |
所以f(x)在(0,+∞)上存在最小值f(-a)=-1.
又因为
f(x)=lim x→∞ lim x→∞
=0,2ax+a2-1 x2+1
若f(x)在[0,+∞)上存在最大值,必有f(0)≥0,解得a≥1,或a≤-1.
所以a<0时,若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,a的取值范围是(-∞,-1].
综上,a的取值范围是(-∞,-1]∪(0,1].