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1、星期四 (函數與導數問題)
2016年____月____日
已知函數f(x)=kex-x2(其中k∈R,e是自然對數的底數.
(1)若k<0,試判斷函數f(x)在區(qū)間(0,+∞)上的單調性;
(2)若k=2,當x∈(0,+∞)時,試比較f(x)與2的大?。?
(3)若函數f(x)有兩個極值點x1,x2(x1<x2),求k的取值范圍,并證明0<f(x1)<1.
解 (1)由f′(x)=kex-2x可知,當k<0時,由于x∈(0,+∞),f′(x)=kex-2x<0,故函數f(x)在區(qū)間(0,+∞)上是單調遞減函數.
(2)當k=2時,f(x)=2ex-x2,
則f′(x)=2ex
2、-2x,
令h(x)=2ex-2x,h′(x)=2ex-2,
由于x∈(0,+∞),
故h′(x)=2ex-2>0,
于是h(x)=2ex-2x在(0,+∞)為增函數,
所以h(x)=2ex-2x>h(0)=2>0,
即f′(x)=2ex-2x>0在(0,+∞)恒成立,
從而f(x)=2ex-x2在(0,+∞)為增函數,
故f(x)=2ex-x2>f(0)=2.
(3)函數f(x)有兩個極值點x1,x2,
則x1,x2是f′(x)=kex-2x=0的兩個根,
即方程k=有兩個根,設φ(x)=,
則φ′(x)=,
當x<0時,φ′(x)>0,
函數φ(x)單調遞增且φ(x)<0;
當0<x<1時,φ′(x)>0,
函數φ(x)單調遞增且φ(x)>0;
當x>1時,φ′(x)<0,
函數φ(x)單調遞減且φ(x)>0.
要使k=有兩個根,只需0<k<φ(1)=,如圖所示,
故實數k的取值范圍是(0,).
又由上可知函數f(x)的兩個極值點x1,x2滿足0<x1<1<x2,
由f′(x1)=kex1-2x1=0,得k=.
∴f(x1)=kex1-x=ex1-x
=-x+2x1=-(x1-1)2+1,
由于x1∈(0,1),
故0<-(x1-1)2+1<1,
所以0<f(x1)<1.