已知函数f(x)=2x−1(x+1)2,g(x)=xeax-1(a∈R,e为自然对数的底数,e≈2.718).

1个回答

  • 解题思路:(1)先求出导函数,然后判定函数在区间[0,3]上的单调性,从而求出函数的最值,即可求得函数的值域;

    (2)设函数g(x)在区间[0,3]上的值域为N,可转化成若对于任意的x0∈[0,3],都存在x1∈[0,3],使得g(x1)=f(x0),即

    [−1,

    1

    3

    ]⊆N

    ,从而讨论a的正负,以及与-[1/3]进行比较,利用导数研究函数g(x)的值域即可.

    (1)由已知,x≠-1,f′(x)=

    −2x+4

    (x+1)3,…(2分)

    在区间(-1,2)上,f'(x)>0,函数f(x)为增函数,

    在区间(2,+∞)上,f'(x)<0,函数f(x)为减函数,

    所以,在区间[0,3]上,函数f(x)的最大值为f(2)=

    1

    3,

    又f(0)=-1,f(3)=

    5

    16,所以f(x)的最小值为f(0)=-1.

    所以f(x)在区间[0,3]上的值域为[−1,

    1

    3].

    (2)设函数g(x)在区间[0,3]上的值域为N,根据题意,

    若对于任意的x0∈[0,3],都存在x1∈[0,3],使得g(x1)=f(x0),即[−1,

    1

    3]⊆N.

    ①当a=0时,g(x)=x-1,在区间[0,3]上的值域N=[-1,2],符合题意;

    由已知g'(x)=(ax+1)eax

    ②当a>0时,在(−

    1

    a,+∞)上,g'(x)>0,g(x)为增函数,在区间[0,3]上的值域N=[g(0),g(3)],

    即N=[-1,3e3a-1],因为3e3a>3,3e3a-1>2所以符合题意;

    ③当−

    1

    3<a<0时,−

    1

    a>3,在(−∞,−

    1

    a)上,g'(x)>0,g(x)为增函数,在区间[0,3]上的值域N=[g(0),g(3)],即N=[-1,3e3a-1],

    因为−

    1

    3<a<0,所以-1<3a<0,[3/e−1<3e3a−1<2,

    比较

    3

    e−1与

    1

    3],即比较e与[9/4],因为e≈2.718,所以e>

    9

    4,所以[3/e−1<

    1

    3].

    所以,根据题意,需3e3a−1≥

    1

    3,解得a≥

    2

    3ln

    2

    3.所以[2/3ln

    2

    3≤a<0;…(10分)

    ④当a≤−

    1

    3]时,0<−

    1

    a≤3,在(−∞,−

    1

    a)上,g'(x)>0,g(x)为增函数,

    在(−

    1

    a,+∞)上,g'(x)<0,g(x)为减函数,在区间[0,3]上的最大值为g(−

    1

    a)=−

    1

    ae−1,

    以下比较−

    1

    ae−1与[1/3],由于0<−

    1

    a≤3,所以−

    1

    ae−1≤

    3

    e−1<

    1

    3,不符合题意.…(12分)

    综上,实数a的取值范围为[

    2

    3ln

    2

    3 , +∞).

    点评:

    本题考点: 利用导数研究函数的单调性;利用导数求闭区间上函数的最值;导数在最大值、最小值问题中的应用.

    考点点评: 本小题主要考查利用导数研究函数的单调性、函数恒成立问题、利用导数求闭区间上函数的最值、不等式的解法等基础知识,考查运算求解能力,化归与转化思想.