(1) 讨论函数f(x)=x−2x+2ex的单调性,并证明当x>0时,(x−2)ex+x+2>0;
(2) 证明:当a∈[0,1)时,函数g(x)=ex−ax−ax2(x>0)有最小值.设g(x)的最小值为h(a),求函数h(a)的值域.
解 (1) 函数f(x)的定义域为(−∞,−2)∪(−2,+∞),其导函数f′(x)=x2(x+2)2ex,
于是函数f(x)在(−∞,−2)和(−2,+∞)上都单调递增.
当x>0时,有f(x)>f(0)=−1,
即x−2x+2ex>−1,
整理即得(x−2)ex+x+2>0.
(2) 函数g(x)的导函数为g′(x)=x+2x3⋅(x−2x+2ex+a),
令h(x)=x−2x+2ex+a,则h(0)=a−1<0,h(2)=a⩾0,
结合第(1)小题结论,h(x)在(0,2]上有唯一零点x=m.进而可得函数g(x)在(0,m)上单调递减,在(m,+∞)上单调递增,因此x=m也为函数g(x)的极小值点,亦为最小值点.因此当a∈[0,1)时,函数g(x)有最小值g(m).
由于m−2m+2em+a=0,
于是a=−m−2m+2em,
当a∈[0,1)时,有m∈(0,2].进而函数g(x)的最小值g(m)=em−(−m−2m+2em)⋅(m+1)m2=emm+2,
令r(m)=emm+2(m∈(0,2]),则其导函数r′(m)=m+1(m+2)2em>0,
因此函数r(m)在(0,2]上单调递增,从而函数h(a)的值域,即函数g(x)的最小值的取值范围是(r(0),r(2)],也即(12,14e2].
注 此题第(2)小题故意使用关于a的函数h(a)误导解题者用a表示极值点,增加了问题的难度.
精彩的想法,在函数图象连续变化的前提下这样推理是可以的,可是一个含参数a的函数f(x)的最小值h(a)不一定是连续的哦.
第二问中若将g(x)整理为exx2−a(x+1)x2,就可以得到
exx2⩾g(x)>ex−(x+1)x2,
显然不可以,函数g(x)的图象在两个函数图象之间,并不代表着它的最小值的取值范围是这两个函数的最小值之间.自己画个图就知道了.更何况下界函数并无最小值.
若f(x)⩾g(x),设x=x0时f(x)取最小值,则有minf(x)=f(x0)⩾g(x0)⩾ming(x),
最小值的最大值明显无法这样推理.
之前已经证明f(x)⩾g(x),那么minf(x)⩾ming(x),
那么若f(x)⩾g(x)⩾h(x),也就有
minf(x)⩾ming(x)⩾minh(x),
我画图没看出反例来。。老师能否告诉我一个反例,我没想到自己漏想了什么地方。。。