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已知函数f(x)=ax-lnx+1(a∈R),g(x)=xe1-x.
(1)求函数g(x)在区间(0,e]上的值域T;
(2)是否存在实数a,对任意给定的集合T中的元素t,在区间[1,e]上总存在两个不同的xi(i=1,2),使得f(xi)=t成立、若存在,求出a的取值范围;若不存在,请说明理由;
(3 )函数f(x)图象上是否存在两点A(x1,y1)和B(x2,y2),使得割线AB的斜率恰好等于函数f(x)在AB中点M(x0,y0)处切线的斜率?请写出判断过程.
分析:(1)由g′(x)=e1-x-xe1-x=e1-x(1-x),知g(x)在区间(0,1]上单调递增,在区间[1,e)上单调递减,由此能求出g(x)的值域T.
(2)则由(1)可得t∈(0,1],原问题等价于:对任意的t∈(0,1],f(x)=t在[1,e]上总有两个不同的实根,
故f(x)在[1,e]不可能是单调函数,由此能推导出满足条件的a不存在.
(3)kAB=
y1-y2
x1-x2
=
a(x1-x2)
x1-x2
=a-
lnx1-lnx2
x1-x2
,而f′(x0) =f′(
x1+x2
2
)
=a-
2
x1+x2
,ln
x1
x2
=
2(x1-x2)
x1+x2
=
2(
x1
x2
-1)
x1
x2
+1
,由此能推导出函数f(x)图象上是不存在两点A(x1,y1)和B(x2,y2),使得割线AB的斜率恰好等于函数f(x)在AB中点M(x0,y0)处切线的斜率.
解答:解:(1)∵g′(x)=e1-x-xe1-x=e1-x(1-x),
∴g(x)在区间(0,1]上单调递增,在区间[1,e)上单调递减,
且g(0)=0,g(1)=1>g(e)=e2-e,
∴g(x)的值域T为(0,1].
(2)则由(1)可得t∈(0,1],
原问题等价于:对任意的t∈(0,1],f(x)=t在[1,e]上总有两个不同的实根,
故f(x)在[1,e]不可能是单调函数,
∵f′(x)=a-
1
x
,(1≤x≤e),
1
x
∈[
1
e
,1]
,
当a≥1时,f′(x)>0,f(x)在区间[1,e]上单调递增,不合题意.
当a≤
1
e
时,f′(x)<0,f(x)在区间[1,e]上单调递减,不合题意.
当1<
1
a
<e
,即
1
e
<a<1
时,f(x)在区间[1,
1
a
]上单调递减;f(x)在区间[
1
a
,e
]上单递增,
由上可得a∈(
1
e
,1
),此时必有f(x)的最小值小于等于0,
且f(x)的最大值大于等于1,
而由f(x)min=f(
1
a
)=2+lna≤0,
可得a≤
1
e2
,则a∈∅.
综上,满足条件的a不存在.
(3)kAB=
y1-y2
x1-x2
=
a(x1-x2)
x1-x2

=
a(x1-x2)-(lnx1-lnx2)
x1-x2

=a-
lnx1-lnx2
x1-x2
,
而f′(x0) =f′(
x1+x2
2
)
=a-
2
x1+x2
,
故有
lnx1-lnx2
x1-x2
=
2
x1+x2
,
即ln
x1
x2
=
2(x1-x2)
x1+x2
=
2(
x1
x2
-1)
x1
x2
+1
,
令t=
x1
x2
∈(0,1)
,
则上式化为lnt+
4
t+1
-2=0
,
令F(t)=lnt+
4
t+1
-2,
则由F′(t)=
1
t
-
4
(t+1)2
=
(t-1)2
t(t+1)
>0,
可得F(t)在(0,1)上单调递增,
故F(t)<F(1)=0,即方程lnt+
4
t+1
-2=0
无解,
所以函数f(x)图象上是不存在两点A(x1,y1)和B(x2,y2),
使得割线AB的斜率恰好等于函数f(x)在AB中点M(x0,y0)处切线的斜率.
点评:本题考查函数的值域的求法,探索是否存在满足条件的实数,探索函数图象上满足条件的两点是否存在.综合性强,难度大,对数学思维能力要求较高,有一定的探索性.
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a-x2
x
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1
2
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1
4
)
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34
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