已知函数f(x)=ax+x2-xlna(a>1).
(Ⅰ)试讨论函数f(x)的单调性;
(Ⅱ)若函数y=|f(x)-t|-1有三个零点,试求t的值;
(Ⅲ)若存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1,试求a的取值范围.
网友回答
解:(Ⅰ)f'(x)=axlna+2x-lna=2x+(ax-1)lna.
∵f'(0)=0,且a>1.
当x>0时,lna>0,ax-1>0?f'(x)>0,
故函数f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当x<0时,lna>0,ax-1<0?f'(x)<0.
故函数f(x)在(0,+∞)上单调递减.
(Ⅱ)当a>1时,由(Ⅰ)可知:f(x)在x=0处取得最小值,又函数y=|f(x)-t|-1有三个零点,所以方程f(x)=t±1有三个根,
而t+1>t-1,所以t-1=(f(x))min=f(0)=1,由此可解得:t=2.
(Ⅲ)因为存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1,
因此当x∈[-1,1]时,有:|(f(x))max-(f(x))min|=(f(x))max-(f(x))min≥e-1.
又由(Ⅰ)知:f(x)在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增,
故当x∈[-1,1]时,(f(x))min=f(0)=1,(f(x))max=max{f(-1),f(1)},
而.
记,因为(当t=1时取等号)
因此在t∈[1,+∞)上单调递增,而g(1)=0,故当t>1时,g(t)>0;即当a>1时,f(1)>f(-1)
由f(1)-f(0)≥e-1?a-lna≥e-1?a≥e,综上所述,所求a的取值范围为[e,+∞).
解析分析:(I)利用导数的运算法则dcf′(x)=2x+(ax-1)lna,由于a>1,而ax在R上单调递增,只要分x>0和x<0讨论即可;(II)当a>1时,由(Ⅰ)可知:f(x)在x=0处取得最小值,又函数y=|f(x)-t|-1有三个零点?方程f(x)=t±1有三个根,而t+1>t-1,必须t-1=(f(x))min=f(0)=1,解出即可.(III)因为存在x1,x2∈[-1,1],使得|f(x1)-f(x2)|≥e-1.可知当x∈[-1,1]时,得|(f(x))max-(f(x))min|=(f(x))max-(f(x))min≥e-1.又由(Ⅰ)知:f(x)在[-1,0]上单调递减,在[0,1]上单调递增,故当x∈[-1,1]时,(f(x))min=f(0)=1,(f(x))max=max{f(-1),f(1)},再作差利用导数比较f(1)与f(-1)大小即可.
点评:本题主要考查利用导数研究函数单调性、等价转化方法、不等式的证明等基础知识,考查数形结合思想和导数作为解决问题的工具的灵活运用,着重突出了分析问题、解决问题的能力和创新意识,是一道具有很好区分度的综合题目.