问题 解答题

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.

答案

(1)函数的定义域为(0,+∞)

f(x)=2-a-

2
x
=
(2-a)x-2
x
(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)=-

(a-2)x+2
x
<0,则函数f(x)在(0,+∞)上为减函数;

当a<2时,f(x)=

(2-a)(x-
2
2-a
)
x
,故当x∈(0,
2
2-a
)
时,f(x)<0,此时f(x)为减函数;当x∈(
2
2-a
,+∞)
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,

2
2-a
)上是减函数,在(
2
2-a
,+∞)
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-

2
x
=
(2-a)x-2
x
=
(2-a)(x-
2
2-a
)
x
,x∈(0,e]

当x=

2
2-a
 时,f(x)=0

故由题意得,f(x)在(0,e]上不单调.

0<

2
2-a
<e,即a<2-
2
e
      ①

故当x∈(0,

2
2-a
)时,f(x)<0,f(x)为减函数;当x∈(
2
2-a
,e]
时,f(x)>0,f(x)为增函数.

∴当x=

2
2-a
 时,函数f(x)取到极小值,也是最小值f(
2
2-a
)=a-2ln
2
2-a
,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:

f(
2
2-a
)≤0             ②
f(e)≥1                  ③

a-2ln
2
2-a
≤0          ②
(2-a)(e-1)-2≥1     ③

h(a)=a-2ln

2
2-a
,a∈(-∞,2-
2
e
)

h(a)=1-

2
2-a
=
a
a-2
,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-

2
e
)时,h(a)<0,函数h(a)单调递减.

∴对于任意的a∈(-∞,2-

2
e
),有h(a)≤h(0)=0,即②对于任意的a∈(-∞,2-
2
e
)
恒成立.

由③解得a≤2-

3
e-1
  ④

综合①④可知,当a∈(-∞,2-

3
e-1
]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-

3
e-1
]

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