函数f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx,g(x)=xe1-x(a∈R,e为自然数的底数)
(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调性;
(II) 若对任意给定的x0∈(0,e],在(0,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=g(x0)成立,求a的取值范围.
(1)函数的定义域为(0,+∞)
f′(x)=2-a-=(x>0)
当a=2时,f′(x)<0,则函数f(x)在(0,+∞)上为减函数;
当a>2时,f′(x)=-<0,则函数f(x)在(0,+∞)上为减函数;
当a<2时,f′(x)=,故当x∈(0,)时,f′(x)<0,此时f(x)为减函数;当x∈(,+∞)时,f′(x)>0f(x)为增函数.
综上,当a≥2时,f(x)在(0,+∞)上是减函数;当a<2时,f(x)在(0,)上是减函数,在(,+∞)上是增函数.
(2)g′(x)=e1-x-xe1-x=(1-x)e1-x
当x∈(0,1)时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增;
当x∈(1,e]时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减.
又因为g(0)=0,g(1)=1,g(e)=e•e1-e>0
所以,函数g(x)在(0,e]上的值域为(0,1]
f′(x)=2-a-==,x∈(0,e]
当x= 时,f′(x)=0
故由题意得,f(x)在(0,e]上不单调.
∴0<<e,即a<2- ①
故当x∈(0,)时,f′(x)<0,f(x)为减函数;当x∈(,e]时,f′(x)>0,f(x)为增函数.
∴当x= 时,函数f(x)取到极小值,也是最小值f()=a-2ln,f(e)=(2-a)(e-1)-2
∴对任意给定的x0∈(0,e],在(0,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=g(x0)成立,当且仅当a满足下列条件:,
即 | a-2ln≤0 ② | (2-a)(e-1)-2≥1 ③ |
| |
令h(a)=a-2ln,a∈(-∞,2-)
则h′(a)=1-=,令h′(a)=0,解得a=0或a=2
故当a∈(-∞,0)时,h′(a)>0,函数h(a)单调递增;当a∈(0,2-)时,h′(a)<0,函数h(a)单调递减.
∴对于任意的a∈(-∞,2-),有h(a)≤h(0)=0,即②对于任意的a∈(-∞,2-)恒成立.
由③解得a≤2- ④
综合①④可知,当a∈(-∞,2-]时,对任意给定的x0∈(0,e],在(0,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=g(x0)成立.
故a的范围是(-∞,2-]