解题思路:(1)对a进行分类讨论,利用导数判断函数的单调性即可;
(2)对a进行分类讨论,把证明不等式成立问题转化为判断函数单调性问题解决,利用(1)的结论即可得出结论.
(Ⅰ)由f(x)定义域为R,知x2-ax+1>0恒成立,于是△=a2-4<0,
所以得-2<a<2,所以实数a的取值范围是(-2,2);…(1分)
当a=0时,f(x)=
ex
x2+1,函数定义域为R,f′(x)=
ex(x−1)2
(x2+1)2≥0,
于是f(x)在R上单调递增;
当a∈(0,2)时,求导得f′(x)=
ex(x−1)[x−(a+1)]
(x2−ax+1)2,因为△=a2-4<0,
所以x2-ax+1>0恒成立,函数定义域为R,又a+1>1,知f(x)在(-∞,1)上单调递增,
在(1,a+1)上单调递减,在(1+a,+∞)上单调递增.…(4分)
(Ⅱ)当a=0时,[0,a+1]=[0,1],又f(x)在[0,1]单调递增,f(0)=1于是f(x)≥1≥x,
即得f(x)≥x在x∈[0,a+1]上成立.…(6分)
当a∈(0,2)时,由(I)知f(x)在[0,1]上递增,在[1,1+a]上递减.
当x∈[0,1]时,由f(x)≥1≥x,即得f(x)≥x在x∈[0,1]上成立;…(8分)
当x∈(1,1+a]时,有f(x)≥f(1+a)=
e1+a
(1+a)2−a(1+a)+1=
e1+a
a+2.
下面证明:f(1+a)=
ea+1
a+2≥a+1.
令x=a+1,h(x)=ex-(x+1)x,则h'(x)=ex-2x-1,且x∈(1,3).
记φ(x)=h'(x)=ex-2x-1,则φ'(x)=ex-2>e-2>0,于是φ(x)=h'(x)在[1,3]上单调递增.
又因为h'(1)<0,h′(
3
2)=e
3
2−4>0,所以存在唯一的x0∈(1,
3
2)使得h′(x0)=ex0−2x0−1=0,从而ex0=2x0+1.
于是h(x)在[1,x0)上单调递减,在(x0,3]上单调递增,此时h(x)≥h(x0)=ex0−
x20−x0=2x0+1−
x20−x0=−(x0−
1
2)2+
5
4>0.
从而 h(a+1)≥h(x0)>0,即
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.
考点点评: 本题主要考查函数单调性的判断及证明不等式恒成立问题,考查利用导数研究函数的性质,注意分类讨论思想的运用,逻辑性强,属难题.