已知 $f(x)=e^x-mx$.
【难度】
【出处】
2018年全国高中数学联赛福建省预赛
【标注】
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当 $x>0$ 时,不等式 $(x-2)f(x)+mx^2+2>0$ 恒成立,求实数 $m$ 的取值范围.标注答案$[\dfrac{1}{2},+\infty)$解析设 $g(x)=(x-2)f(x)+mx^2+2$,则 $g(x)=(x-2)e^x+2mx+2$.当 $x>0$ 时,不等式 $(x-2)f(x)+mx^2+2>0$ 恒成立 $\Leftrightarrow$ 当 $x>0$ 时,$g(x)>0$ 恒成立.因为 $g^\prime(x)=e^x+(x-2)e^x+2m=(x-1)e^x+2m,g^{\prime\prime}(x)=e^x+(x-1)e^x=xe^x$,所以当 $x>0$ 时,$g^{\prime\prime}(x)=xe^x>0,g^\prime(x)=(x-1)e^x+2m$ 在区间 $[0,+\infty)$ 上为增函数.另由 $g(2)=4m+2>0$,知 $m>-\dfrac{1}{2}$.
① 若 $-\dfrac{1}{2}<m<\dfrac{1}{2}$,则 $g^{\prime}(0)=-1+2m<0,g^{\prime}(2)=e^2+2m>0$.此时,$g^{\prime}(x)$ 在区间 $(0,2)$ 内有唯一零点,设为 $x_0$.则 $0<x<x_0$ 时,$g^{\prime}(x)<0$.所以 $g(x)$ 在区间 $[0,x_0]$ 上为减函数,$g(x_0)<g(0)=0$.因此 $-\dfrac{1}{2}<m<\dfrac{1}{2}$ 不符合要求.
② 若 $m\geqslant \dfrac{1}{2}$,则 $x>0$ 时,$g^{\prime}(x)>g^{\prime}(0)=-1+2m\geqslant 0$.此时 $g(x)$ 在 $[0,+\infty)$ 上为增函数.所以 $x>0$ 时 $g(x)>g(0)=0$.因此 $m\geqslant \dfrac{1}{2}$ 符合要求.
由 ①② 得 $m$ 的取值范围为 $[\dfrac{1}{2},+\infty)$. -
若 $x_1,x_2$ 是函数 $f(x)$ 的两个零点,求证 $x_1+x_2>2$.标注答案略解析因为 $x_1,x_2$ 是函数 $f(x)=e^x-mx$ 的两个零点,所以 $e^{x_1}=mx_1,e^{x_2}=mx_2,m(x_1+x_2)=e^{x_1}+e^{x_2},m(x_1-x_2)=e^{x_1}-e^{x_2}$.不妨设 $x_1>x_2$,易知 $m\ne 0$,联立上述两式,消 $m$ 得 $x_1+x_2=\dfrac{(x_1-x_2)(e^{x_1}+e^{x_2})}{e^{x_1}-e^{x_2}}=\dfrac{(x_1-x_2)(e^{x_1-x_2}+1)}{e^{x_1-x_2}-1}$.又由(1)知,对 $m=\dfrac{1}{2}$,当 $x>0$ 时,$g(x)=(x-2)e^x+2mx+2>0$ 恒成立.所以当 $x>0$ 时,$(x-2)e^x+x+2>0$ 恒成立.所以当 $x>0$ 时,$\dfrac{x\left({{e}^{x}}+1 \right)}{{{e}^{x}}-1}-2=\dfrac{x{{e}^{x}}+x-2{{e}^{x}}+2}{{{e}^{x}}-1}=\dfrac{\left(x-2 \right){{e}^{x}}+x+2}{{{e}^{x}}-1}>0$.故 ${{x}_{1}}+{{x}_{2}}-2=\dfrac{\left({{x}_{1}}-{{x}_{2}} \right)\left( {{e}^{{{x}_{1}}-{{x}_{2}}}}+1 \right)}{{{e}^{{{x}_{1}}-{{x}_{2}}}}-1}-2>0,{{x}_{1}}+{{x}_{2}}>0$.当 $x_1<x_2$ 时,同理可得,$x_1+x_2>2$.所以 $x_1+x_2>2$.
题目
问题1
答案1
解析1
备注1
问题2
答案2
解析2
备注2