Question

19．已知函數(shù)f（x）=a^x+x²-xlna（a＞0且a≠1）．
（1）討論函數(shù)f（x）的單調(diào)性；
（2）若存在x₁，x₂∈[-1，1]，使得|f（x₁）-f（x₂）|≥e-1，試求a的取值范圍．

Answer 1

分析 （1）求出函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，根據(jù)導(dǎo)函數(shù)的符號(hào)，求出函數(shù)的單調(diào)區(qū)間即可；
（2）f（x）的最大值減去f（x）的最小值大于或等于e-1，由單調(diào)性知，f（x）的最大值是f（1）或f（-1），最小值f（0）=1，由f（1）-f（-1）的單調(diào)性，判斷f（1）與f（-1）的大小關(guān)系，再由f（x）的最大值減去最小值f（0）大于或等于e-1求出a的取值范圍．

解答 解：（1）∵f（x）=a^x+x²-xlna，
∴f′（x）=a^xlna+2x-lna=（a^x-1）lna+2x，
∵0＜a＜1或a＞1，
∴當(dāng)x∈（0，+∞）時(shí)，lna與a^x-1同號(hào)，
∴f′（x）＞0，∴函數(shù)在（0，+∞）上單調(diào)遞增．
x∈（-∞，0）時(shí)，lna與a^x-1異號(hào)，
∴函數(shù)在（-∞，0）上單調(diào)遞減．
（2）∵存在x₁，x₂∈[-1，1]，使得|f（x₁）-f（x₂）|≥e-1，
∴當(dāng)x∈[-1，1]時(shí)，|（f（x））_max-（f（x））_min|=（f（x））_max-（f（x））_min≥e-1．
∵f（x）在[-1，0]上遞減，在[0，1]上遞增，
∴當(dāng)x∈[-1，1]時(shí)，（f（x））_min=f（0）=1，
（f（x））_max=max{f（-1），f（1）}，
而f（1）-f（-1）=（a+1-lna）-（$\frac{1}{a}$+1+lna），
記g（t）=t-$\frac{1}{t}$-2lnt（t＞0 ），
∵g′（t）=1+$\frac{1}{{t}^{2}}$-$\frac{2}{t}$=（$\frac{1}{t}$-1）²≥0，（當(dāng)t=1時(shí)取等號(hào)），
∴g（t）=t-$\frac{1}{t}$-2lnt（t＞0 ）在t∈（0，+∞）上單調(diào)遞增，而g（1）=0，
∴當(dāng)t＞1時(shí)，g（t）＞0；當(dāng)0＜t＜1時(shí)，g（t）＜0．
也就是當(dāng)a＞1時(shí)，f（1）＞f（-1）；當(dāng)0＜a＜1時(shí)，f（1）＜f（-1）；
①當(dāng)a＞1時(shí)，由f（1）-f（0）≥e-1⇒a-lna≥e-1⇒a≥e，
②當(dāng)0＜a＜1時(shí)，由f（-1）-f（0）≥e-1，
可得$\frac{1}{a}$+lna≥e-1，$\frac{1}{e}$≥a＞0
綜上知，所求a的取值范圍為 （0，$\frac{1}{e}$]∪[e，+∞）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查函數(shù)的零點(diǎn)，用導(dǎo)數(shù)判斷函數(shù)單調(diào)性，利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)極值，屬于中檔題．