问题 解答题
已知函数f(x)=ex-ex.
(Ⅰ)求函数f(x)的最小值;
(Ⅱ)求证:e1+
1
2
+
1
3
+…+
1
n-1
+
1
n
>n+1
(n∈N*);
(Ⅲ)对于函数h(x)与g(x)定义域上的任意实数x,若存在常数k,b,使得h(x)≥kx+b和g(x)≤kx+b都成立,则称直线y=kx+b为函数h(x)与g(x)的“分界线”.设函数h(x)=f(x)-ex+ex+
1
2
x2
,g(x)=elnx,h(x)与g(x)是否存在“分界线”?若存在,求出k,b的值;若不存在,请说明理由.
答案

(Ⅰ)因为f'(x)=ex-e,

令f'(x)=ex-e>0,解得x>1,

令f'(x)=ex-e<0,解得x<1,

所以函数f(x)在(-∞,1)上递减,(1,+∞)上递增,

所以f(x)的最小值为f(1)=0.                   …(3分)

(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)知函数f(x)在x=1取得最小值,

所以f(x)≥f(1),

即ex≥ex

两端同时乘以

1
e
得ex-1≥x,

把x换成t+1得et≥t+1,

当且仅当t=0时等号成立.

由et≥t+1得,e1>1+1=2,e

1
2
1
2
+1=
3
2

e

1
3
1
3
+1=
4
3

e

1
n-1
1
n-1
+1=
n
n-1
e
1
n
1
n
+1=
n+1
n

将上式相乘得

e1+

1
2
+
1
3
+…+
1
n-1
+
1
n
>2×
3
2
×
4
3
×…×
n
n-1
×
n+1
n
=n+1.…(9分)

(Ⅲ)设F(x)=h(x)-g(x)=

1
2
x2-elnx(x>0).

F′(x)=x-

e
x
=
x2-e
x
=
(x+
e
)(x-
e
)
x

所以当0<x<

e
时,F'(x)<0;

x>

e
时,F'(x)>0.

因此x=

e
时F(x)取得最小值0,

则h(x)与g(x)的图象在x=

e
处有公共点(
e
1
2
e)

设h(x)与g(x)存在“分界线”,

方程为y-

1
2
\user2e=k(x-
e
).

h(x)≥kx+

1
2
e-k
e
在x∈R恒成立,

x2-2kx-e+2k

e
≥0在x∈R恒成立.

所以△=4k2+4e-8k

e
=4(k-
e
)2≤0成立.

因此k=

e

下面证明g(x)≤

e
x-
1
2
e(x>0)成立.

G(x)=elnx-

e
x+
1
2
e,

G′(x)=

e
x
-
e
=
e-
e
x
x

所以当0<x<

e
时,G'(x)>0;

x>

e
时,G'(x)<0.

因此x=

e
时G(x)取得最大值0,

g(x)≤

e
x-
1
2
e(x>0)成立.

所以k=

e
b=-
1
2
e
.…(14分)

填空题
单项选择题