Question

設(shè)k∈R，函數(shù)f（x）=e^x-（1+x+kx²）（x＞0）．
（Ⅰ）若k=1，試求函數(shù)f（x）的導(dǎo)函數(shù)f'（x）的極小值；
（Ⅱ）若對(duì)任意的t＞0，存在s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，都有f（x）＜tx²，求實(shí)數(shù)k的取值范圍．

Answer 1

分析：（Ⅰ）先求f（x）的導(dǎo)數(shù)，再求f'（x）的導(dǎo)數(shù)，從而確定f'（x）的單調(diào)性，由此可求導(dǎo)數(shù)f'（x）的極小值；
（Ⅱ）解法1：對(duì)任意的t＞0，記函數(shù)Ft(x)=f(x)-tx2=ex-[1+x+(k+t)x2]（x＞0），分類(lèi)討論，確定函數(shù)F'_t（x）在（0，s）上的單調(diào)性，從而可得F_t（x）在（0，s）上的單調(diào)性，由此可求實(shí)數(shù)k的取值范圍；
解法2：分離參數(shù)可得

f(x)

x2

＜t成立，即

f(x)

x2

≤0成立，則存在s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，f（x）≤0成立，求導(dǎo)函數(shù)，可得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，f^′′（x）≤0成立，由此可求實(shí)數(shù)k的取值范圍．

解答：解：（Ⅰ）當(dāng)k=1時(shí)，函數(shù)f（x）=e^x-（1+x+x²）（x＞0），
則f（x）的導(dǎo)數(shù)f'（x）=e^x-（1+2x），f'（x）的導(dǎo)數(shù)f''（x）=e^x-2．…（2分）
令f''（x）=e^x-2=0，可得x=ln2，
當(dāng)0＜x＜ln2時(shí)，f''（x）＜0；當(dāng)x＞ln2時(shí)，f''（x）＞0，
從而f'（x）在（0，ln2）內(nèi)遞減，在（ln2，+∞）內(nèi)遞增．…（4分）
故導(dǎo)數(shù)f'（x）的極小值為f'（ln2）=1-2ln2…（6分）
（Ⅱ）解法1：對(duì)任意的t＞0，記函數(shù)Ft(x)=f(x)-tx2=ex-[1+x+(k+t)x2]（x＞0），
根據(jù)題意，存在s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，F(xiàn)_t（x）＜0．
則F_t（x）的導(dǎo)數(shù)F′t(x)=ex-[1+2(k+t)x]，F(xiàn)'_t（x）的導(dǎo)數(shù)Ft′′(x)=ex-2(k+t)…（9分）
①若Ft′′(0)≥0，因Ft′′(x)在（0，s）上遞增，故當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，Ft′′(x)＞Ft′′(0)≥0，
于是F'_t（x）在（0，s）上遞增，則當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，F(xiàn)'_t（x）＞F'_t（0）=0，從而F_t（x）在（0，s）上遞增，故當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，F(xiàn)_t（x）＞F_t（0）=0，與已知矛盾 …（11分）
②若Ft′′(0)＜0，注意到Ft′′(x)在[0，s）上連續(xù)且遞增，故存在s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）Ft′′(x)＜0，從而F'_t（x）在（0，s）上遞減，于是當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，F(xiàn)'_t（x）＜F'_t（0）=0，
因此F_t（x）在（0，s）上遞減，故當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，F(xiàn)_t（x）＜F_t（0）=0，滿足已知條件…（13分）
綜上所述，對(duì)任意的t＞0，都有Ft′′(0)＜0，即1-2（k+t）＜0，亦即k＞

1

2

-t，
再由t的任意性，得k≥

1

2

，經(jīng)檢驗(yàn)k=

1

2

不滿足條件，所以k＞

1

2

…（15分）
解法2：由題意知，對(duì)任意的t＞0，存在s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，都有

f(x)

x2

＜t成立，即

f(x)

x2

≤0成立，則存在s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)，f（x）≤0成立，
又f（0）=0，則存在s₀＞0，使得當(dāng)x∈（0，s₀）時(shí)，f（x）為減函數(shù)，即當(dāng)x∈（0，s₀）時(shí)使f'（x）=e^x-1-2kx≤0成立，
又f'（0）=0，故存在s₀＞s＞0，使得當(dāng)x∈（0，s）時(shí)f'（x）為減函數(shù)，
則當(dāng)x∈（0，s）時(shí)f^′′（x）≤0成立，即e^x-2k≤0，得k≥

ex

2

＞

1

2

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用，考查函數(shù)的單調(diào)性，考查學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，求導(dǎo)數(shù)，確定函數(shù)的單調(diào)性是關(guān)鍵．