已知函数f(x)=kex-2,g(x)=[2kx−k−1/x].
(1)若h(x)=f(x)-x+2,x∈R,有两个不同的零点,求实数k的取值范围;
(2)若k>0,对∀x>0,均有f(x)≥g(x)成立,求正实数k的取值范围.
解题思路:(1)h(x)=f(x)-x+2=kex-x,h′(x)=kex-1.由于函数h(x)有两个不同的零点,因此h(x)必有极值点,且极大值大于0或极小值小于0.
(2))由于k>0,对∀x>0,均有f(x)≥g(x)成立,可得k>0,对∀x>0,f(x)-g(x)=
k
e
x
+
k+1
x
−2k−2
≥0恒成立⇔u(x)=kxex-(2k+2)x+(k+1)≥0,k>0,∀x>0.利用研究函数的单调性极值即可得出.
(1)h(x)=f(x)-x+2=kex-x,
h′(x)=kex-1.
∵函数h(x)有两个不同的零点,∴h(x)必有极值点,且极大值大于0或极小值小于0.
∴h′(x)=0有实数根,
当k≤0时,h′(x)<0,不满足题意,应舍去.
∴k>0.
h′(x)=k(ex−
1
k),
令h′(x)=0,解得x=-lnk.
当x>-lnk时,h′(x)>0,此时函数h(x)单调递增;当x<-lnk时,h′(x)<0,此时函数h(x)单调递减.
因此x=-lnk时,函数h(x)取得极小值,
∴h(-lnk)<0,1+lnk<0,解得0<k<
1
e.
(2)∵k>0,对∀x>0,均有f(x)≥g(x)成立,
∴k>0,对∀x>0,f(x)-g(x)=kex+
k+1
x−2k−2≥0恒成立
⇔u(x)=kxex-(2k+2)x+(k+1)≥0,k>0,∀x>0.
u′(x)=kex+kxex-(2k+2)=v(x),
v′(x)=k(2+x)ex>0,
∴v(x)即u′(x)在(0,+∞)上单调递增,
而u′(0)=-k-2<0,x→+∞,u′(x)>0.
∴u(x)存在极小值点.
令u′(x0)=0,
kex0+kx0ex0−(2k+2)=0,
∴ex0=[2k+2
k+kx0,k=
2
ex0+x0ex0−2.
则u(x0)=kx0ex0-(2k+2)x0+(k+1)=
kx0(2k+2)
k+kx0-(2k+2)x0+(k+1)=
(2k+2)x0−(2k+2)x0(1+x0)+(k+1)(1+x0)
1+x0≥0,
∴2
x20−x0−1≤0,
解得0<x0≤1.
∴0<ex0+x0ex0−2≤2e−2,
则k≥
1/e−1].
∴k的取值范围是[
1
e−1,+∞).
点评:
本题考点: 指数函数综合题.
考点点评: 本题考查了利用导数研究函数的单调性极值与最值,考查了多次求导解决问题,考查了分析问题与解决问题的能力,考查了推理能力与计算能力,属于难题.
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