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.