问题 解答题
设函数f(x)=xlnx(x>0),g(x)=-x+2,
(I)求函数f(x)在点M(e,f(e))处的切线方程;
(II)设F(x)=ax2-(a+2)x+f′(x)(a>0),讨论函数F(x)的单调性;
(III)设函数H(x)=f(x)+g(x),是否同时存在实数m和M(m<M),使得对每一个t∈[m,M],直线y=t与曲线y=H(x)(x∈[
1
e
,e])
都有公共点?若存在,求出最小的实数m和最大的实数M;若不存在,说明理由.
答案

(I)f′(x)=lnx+1(x>0),

则函数f(x)在点M(e,f(e))处切线的斜率为f′(e)=2,f(e)=e,

∴所求切线方程为y-e=2(x-e),即y=2x-e.

(II)F(x)=ax2-(a+2)x+lnx+1,x>0

F′(x)=2ax-(a+2)+

1
x

=

2ax2-(a+2)x+1
x

=

(2x-1)(ax-1)
x
,x>0,a>0,

令F′(x)=0,则x=

1
2
,或
1
a

①当0<a<2,即

1
a
1
2
时,令F′(x)>0,解得0<x<
1
2
,或x>
1
a

令F′(x)<0,解得

1
2
<x<
1
a

∴F(x)在(0,

1
2
),(
1
a
,+∞)上单调递增,在(
1
2
1
a
)单调递减.

②当a=2,即

1
a
=
1
2
时,F′(x)≥0恒成立,

∴F(x)在(0,+∞)上单调递增.

③当a>2,即

1
a
1
2
时,令F′(x)>0,解得0<x<
1
a
或x>
1
2

令F′(x)<0,解得

1
a
<x<
1
2

∴F(x)在(0,

1
a
),(
1
2
,+∞)上单调递增,在(
1
a
1
2
)单调递减.

(III)H(x)=-x+2+xlnx,H′(x)=lnx,令H′(x)=0,则x=1,

当x在区间(

1
e
,e)内变化时,H′(x),H(x)的变化情况如下表:

x
1
e
1
e
,1)
1(1,e)e
H′(x)-0+
H(x)2-
2
e
极小值12
又∵2-
2
e
<2
,∴函数H(x)=-x+2+xlnx(x∈[
1
e
,e])
的值域为[1,2]. 

据此可得,若

m=1
M=2
,则对每一个t∈[m,M],

直线y=t与曲线y=H(x),x∈[

1
e
,e]都有公共点;

并且对每一个t∈(-∞,m)∪(M,+∞),直线y=t与曲线y=H(x),x∈[

1
e
,e]都没有公共点.

综上,存在实数m=1和M=2,使得对每一个t∈[m,M],

直线y=t与曲线y=H(x),x∈[

1
e
,e]都有公共点.

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