已知函数,f(x)=mx-(m+2)lnx-2⼀x, g(x)=x눀+mx+1,m∈R. (1)当

2025-05-16 22:17:22
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回答1:

f'(x)=m-(m+2)/x+2/x² =(2/x - m)(1/x - 1) = 2(1/x - m/2)(1/x -1)
f(x)定义域(0,+∞)

(1)当m<0时

①令f'(x)≤0,解得 m/2≤1/x≤1 且x>0,即 x≥1
令f'(x)≥0,解得 1/x≥1 或 1/x≤m/2 且x>0,即 0即 f(x)单调递减区间[1,+∞),
单调递增区间(0,1]


由①知道f(x)在[1,2]单调递减
f(1)=m-2
f(2)=2m-(m+2)㏑2-1
则在[1,2]区间上,
f(x)最小值f(2)=2m-(m+2)㏑2-1
f(x)最大值f(1)=m-2

g(x)抛物线对称轴是x=-m/2 >0
g(1)=2+m
g(2)=5+2m
g(-m/2)=1-m²/4

要使f(x1)-g(x2)≥1成立,等价于不等式左侧可能的最大值要≥1才行。

当1≤-m/2≤2(对称轴在区间之内),即-4≤m≤-2时,
g(x)在x=-m/2(对称轴处)取得最小值g(-m/2)=1-m²/4
此时f(x₁)-g(x₂)的最大值为f(1)-g(-m/2)=m-2-(1-m²/4)=m²/4+m-3≥1

则m²+4m-16≥0
即(m+2)²≥20
结合-4≤m≤-2
解得 m无解。

当-m/2<1(对称轴在区间左侧),即-2g(x)在x=1处取得最小值g(1)=2+m
此时f(x₁)-g(x₂)的最大值为f(1)-g(1)=m-2-(2+m)=-4<1
此时[1,2]区间上不可能存在x₁,x₂,使得f(x₁)-g(x₂)≥1成立

当-m/2>2(对称轴在区间右侧),即m<-4时,
g(x)在x=2处取得最小值g(2)=5+2m
此时f(x₁)-g(x₂)的最大值为f(1)-g(2)=m-2-(5+2m)=-m-7≥1
解得 m≤-8

因此m取值范围是(-∞,-8]

(2)

当m=1时
g(x)-1=x²+x+1-1=x²+x
由于x>0,显然g(x)-1>0

h'(x)
=((㏑x+1)e^(-x))'
=(1/x)e^(-x)-(㏑x+1)e^(-x)
=(1/x-㏑x-1)e^(-x)

设F(x)=1/x-㏑x-1

F'(x)=-1/x²-1/x=-(1/x + 1)/x
由于x>0,显然F'(x)<0,即F(x)单调递减
而F(1)=0,则
当0F(1)=0
当x>1时,F(x)
设函数G(x)=[g(x)-1]h'(x) = (x²+x)F(x)e^(-x)
注意到e^(-x)>0

当00
当x>1时,G(x)<0
当x=1时,G(x)=0

显然当x≥1时,G(x)≤0<1+e⁻²

因此,我们只需证明
当0
G'(x)=(2x+1)F(x)e^(-x)+(x²+x)(F'(x)e^(-x)-F(x)e^(-x))
=e^(-x)((1+x-x²)F(x)+(x²+x)F'(x))
=e^(-x)((1+x-x²)F(x)-(x+1)(1/x + 1) )
=e^(-x)((1+x-x²)F(x)-(2+x+1/x) )
由于x>0,因此e^(-x)>0, 1+x-x²<0, F(x)>0, 2+x+1/x>0
则G'(x)<0, 即G(x)单调递减

G(x)=(x²+x)F(x)e^(-x)
=(x²+x)(1/x-㏑x-1)e^(-x)
=(x+1)(1-x㏑x-x)e^(-x)

下面我们来求G(x)在x=0时的极限值,这个极限值就是G(x)
在(0,1)上的一个上界。
先看
lim(x→0+, x㏑x)=lim(x→0+, ㏑x /(1/x))= 0
则lim(x→0+, G(x))=(0+1)(1-0-0)e^(-0)=1

因此G(x)在(0,1)上有,G(x)<1<1+e⁻²
综合之前,我们得出的[1,+∞)上G(x)≤0<1+e⁻²
可以得出结论:
G(x)<1+e⁻²