解题思路:(1)先求导函数,然后讨论a,得到导数符号,从而得到函数的单调区间;
(2)由(1)可知当a>2时,x∈[x1,x2]⊆[0,a+1]时,有f(x)<0即f(x)≥x不成立,当a=0时,f(x)≥x在x∈[0,a+1]上成立,当a∈(0,2)时,证明
f(1+a)=
e
a+1
a+2
≥a+1
,即证ex-(x+1)x≥0(x=a+1∈(1,3))即可.
(1)f′(x)=
ex(x2−ax+1−2x+a)
(x2−ax+1)2=
ex(x−1)(x−(a+1))
(x2−ax+1)2
当a=0时,函数定义域为R,f′(x)=
ex(x−1)2
(x2+1)2≥0,∴f(x)在R上单调递增
当a∈(0,2)时,∵△=a2-4<0∴x2-ax+1>0恒成立,函数定义域为R,又a+1>1,
∴f(x)在(-∞,1)上单调递增,(1,1+a)单调递减,(1+a,+∞)单调递增
当a=2时,函数定义域为(-∞,1)∪(1,+∞),f′(x)=
ex(x−3)
x−1
∴f(x)在(-∞,1)上单调递增,(1,3)上单调递减,(3,+∞)上单调递增
当a∈(2,+∞)时,∵△=a2-4>0,设x2-ax+1=0的两个根为x1,x2,且x1<x2,
由韦达定理易知两根均为正根,且0<x1<1<x2,所以函数的定义域为(-∞,x1)∪(x2,+∞)
又对称轴x=[a/2]<a+1,且(a+1)2-a(a+1)+1=a+2>0,x2<a+1
∴f(x)在(-∞,x1),(x1,1)单调递增,(1,x2),(x2,a+1)上单调递减,(1+a,+∞)单调递增
(2)由(1)可知当a>2时,x∈[x1,x2]⊆[0,a+1]时,有f(x)<0即f(x)≥x不成立,---------(8分)
当a=0时,f(0)=1,f(1)=
e
2>1,f(x)单调递增,所以f(x)≥x在x∈[0,a+1]上成立----------------(9分)
当a∈(0,2)时,f(0)=1,f(1)=
e
2−a>1,f(1+a)=
ea+1
a+2,
下面证明:f(1+a)=
ea+1
a+2≥a+1即证ex-(x+1)x≥0(x=a+1∈(1,3))
令g(x)=ex-(x+1)x,g′(x)=ex-2x-1,g″(x)=ex-2
∵x∈(1,3)∴g″(x)>0,∴g′(x)单调递增,∵g′(1)<0,g′(3)>0
∴∃x0使得=ex-2x0-1=0
∴g(x)在(1,x0)上单调递减,在(x0,3)上单调递减,此时g(x)≥g(x0)=-
x20+x0+1
∵g′(
1+
5
2)=e
1+
点评:
本题考点: 函数恒成立问题;指数函数综合题.
考点点评: 本题主要考查了函数恒成立问题,以及利用导数研究函数的单调性和最值,同时考查了转化的思想和计算能力,属于难题.