已知函数f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx,g(x)=xe1-x(a∈R,e为自然对数的底数).

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  • 解题思路:(1)求导数,利用导数的正负,即可求得函数f(x)的单调性区间;(2)将f(x)的表达式重新组合,即f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx,分别研究函数m(x)=(2-a)(x-1),h(x)=2lnx,x>0,讨论当a<2时和当a≥2时的情况.(3)求出g′(x),根据导函数的正负得到函数的单调区间,即可求出g(x)的值域;对于f(x),讨论当a<2时和当a≥2时的情况,只有当f(x)在(0,e]上不单调的情况才可能满足题意,结合着g(x)的值域,和数形结合,要使在(0,e]上方程f(x)=g(x0)总存在两个不等的实根,只需满足f(22−a)≤0f(e)≥1,即12a+ln(2−a)−ln2≤0a≤2−3e−1,进一步通过求导的方法证明当a≤2-3e−1时,12a+ln(2-a)-ln2≤0恒成立,从而确定a的取值范围.

    (1)当a=1时,f(x)=x-1-2lnx,则f′(x)=[x−2/x],

    由f′(x)>0可得单调增区间为(2,+∞);由f′(x)<0可得单调减区间为(0,2);

    (2)f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx

    令m(x)=(2-a)(x-1),x>0;h(x)=2lnx,x>0,则f(x)=m(x)-h(x),

    ①当a<2时,m(x)在(0,[1/2])上为增函数,h(x)在(0,[1/2])上为增函数,

    结合图象可知,若f(x)在(0,[1/2])无零点,则m([1/2])≥h([1/2]),

    即(2-a)×([1/2]-1)≥2ln[1/2],∴a≥2-4ln2,

    ∴2-4ln2≤a<2.

    ②当a≥2时,在(0,[1/2])上,m(x)≥0,h(x)<0,

    ∴f(x)>0,

    ∴f(x)在(0,[1/2])上无零点.

    由①②得a≥2-4ln2.

    ∴amin=2-4ln2;

    (3)g′(x)=e1-x-xe1-x=(1-x)e1-x

    当x∈(0,1)时,g′(x)>0,函数g(x)单调递增;

    当x∈(1,e]时,g′(x)<0,函数g(x)单调递减.

    又∵g(0)=0,g(1)=1,g(e)=e2-e>0,

    ∴函数g(x)在(0,e]上的值域为(0,1].

    ∵f(x)=(2-a)(x-1)-2lnx,∴f′(x)=

    (2−a)x−2

    x.

    当x=

    2

    2−a时,f'(x)=0,由题意知,f(x)在(0,e]上不单调,故0<

    2

    2−a<e,即a<[2/2−e].

    此时,当x变化时,f(x),f'(x)的变化情况如下:

    x (0,

    2

    2−a) [2/2−a] (

    2

    2−a,e]

    f'(x) - 0 +

    f(x) ↘ 最小值 ↗对任意给定的x0∈(0,e],关于x的方程f(x)=g(x0)在x∈(0,e]恒有两个不同的实根,

    需使

    f(

    2

    2−a)≤0

    f(e)≥1,即

    1

    2a+ln(2−a)−ln2≤0

    a≤2−

    3

    e−1

    下证:当a≤2-[3/e−1]时,[1/2]a+ln(2-a)-ln2≤0恒成立,

    设t(x)=[1/2]x+ln(2-x)-ln2,x≤2-[3/e−1],

    则t′(x)=[x

    2(x−2),

    当x∈(-∞,0)时,t′(x)≥0,x∈(0,2-

    3/e−1])时,t′(x)<0.

    ∴t(x)≤t(0)=0.

    ∴[1/2]a+ln(2-a)-ln2≤0恒成立,

    又∵2-[2/e]>2-[3/e−1],

    ∴a≤2-[3/e−1].

    综上,得a∈(-∞,[3/e−1]].

    点评:

    本题考点: 导数在最大值、最小值问题中的应用;利用导数研究函数的单调性.

    考点点评: 本题难度较大,较灵活,第二问是将原函数分成两个函数的差,再进一步通过数形结合进行谈论研究,学生也可以直接用求导的方式讨论研究.第三问中需要多次分类讨论和数形结合的思想给出思路的方向,并利用求导的方法进行验证研究,对于学生来说是一个难题.