问题 解答题

已知m∈R,函数f(x)=mx2-2ex

(Ⅰ)当m=2时,求函数f(x)的单调区间;

(Ⅱ)若f(x)有两极值点a,b(a<b),(ⅰ)求m的取值范围;(ⅱ)求证:-e<f(a)<-2.

答案

(Ⅰ)m=2时,f(x)=2x2-2ex,f'(x)=4x-2ex=2(2x-ex).

令g(x)=2x-ex,g'(x)=2-ex

当x∈(-∞,ln2)时,g'(x)>0,x∈(ln2,+∞)时,g'(x)<0,

∴g(x)≤g(ln2)=2ln2-2<0,

∴f'(x)<0,

∴f(x)的单调减区间是(-∞,+∞).

(Ⅱ)(i)若f(x)有两个极值点a,b(a<b),

则a,b是方程f'(x)=2mx-2ex=0的两不等实根.

∵x=0显然不是方程的根,∴m=

ex
x
有两不等实根.

h(x)=

ex
x
,则h′(x)=
ex(x-1)
x2

当x∈(-∞,0)时,h'(x)<0,h(x)单调递减,当x∈(0,1)时,h'(x)<0,h(x)单调递减,x∈(1,+∞)时,h'(x)>0,h(x)单调递增,

要使m=

ex
x
有两不等实根,应满足m>h(1)=e,

∴m的取值范围是(e,+∞).

(ii)∵f(a)=ma2-2ea,且f'(a)=2ma-2ea=0,

f(a)=

ea
a
a2-2ea=a•ea-2ea=ea(a-2),

令g(x)=f′(x)=2mx-2ex,g′(x)=2(m-ex),

∵g(0)=-2<0,g(x)在区间(0,lnm)上单调递增,g(x)在(lnm,+∞)上递减,g(1)=2(m-e)>0,∴a∈(0,1),

设φ(x)=ex(x-2)(0<x<1),则φ'(x)=ex(x-1)<0,φ(x)在(0,1)上单调递减,

∴φ(1)<φ(a)<φ(0),即-e<f(a)<-2.

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