对于定义在区间D上的函数f(x)和g(x),如果对于任意x∈D,都有|f(x)-g(x)|≤1成立,那么称函数f(x)在区间D上可被函数g(x)替代.(1)若f(x)=x2-1x,g(x)=lnx,试

题目简介

对于定义在区间D上的函数f(x)和g(x),如果对于任意x∈D,都有|f(x)-g(x)|≤1成立,那么称函数f(x)在区间D上可被函数g(x)替代.(1)若f(x)=x2-1x,g(x)=lnx,试

题目详情

对于定义在区间D上的函数f(x)和g(x),如果对于任意x∈D,都有|f(x)-g(x)|≤1成立,那么称函数f(x)在区间D上可被函数g(x)替代.
(1)若f(x)=
x
2
-
1
x
,g(x)=lnx
,试判断在区间[[1,e]]上f(x)能否被g(x)替代?
(2)记f(x)=x,g(x)=lnx,证明f(x)在(
1
m
,m)(m>1)
上不能被g(x)替代;
(3)设f(x)=alnx-ax,g(x)=-
1
2
x2+x
,若f(x)在区间[1,e]上能被g(x)替代,求实数a的范围.
题型:解答题难度:中档来源:不详

答案

(1)∵f(x)-g(x)=class="stub"x
2
-class="stub"1
x
-lnx

h(x)=class="stub"x
2
-class="stub"1
x
-lnx

h′(x)=class="stub"1
2
+class="stub"1
x2
-class="stub"1
x
=
x2+2-2x
2x2
>0

∴h(x)在[1,e]上单调增,
h(x)∈[-class="stub"1
2
,class="stub"e
2
-class="stub"1
e
-1]

∴|f(x)-g(x)|≤1,即在区间[[1,e]]上f(x)能被g(x)替代.
(2)记k(x)=f(x)-g(x)=x-lnx,可得k/(x)=class="stub"x-1
x

class="stub"1
m
<x<1
时,k′(x)<0,在区间(class="stub"1
m
,1)
上函数k(x)为减函数,
当1<x<m时,k′(x)>0,在区间(1,m)上函数k(x)为增函数
∴函数k(x)在区间的最小值为k(1)=1,最大值是k(m)>1,
所以不满足对于任意x∈D,都有|f(x)-g(x)|≤1成立,
故f(x)在(class="stub"1
m
,m)(m>1)
上不能被g(x)替代;
(3)∵f(x)在区间[1,e]上能被g(x)替代,
即|f(x)-g(x)|≤1对于x∈[1,e]恒成立.
|alnx-ax+class="stub"1
2
x2-x|≤1
-1≤alnx-ax+class="stub"1
2
x2-x≤1

由(2)知,当x∈[1,e]时,x-lnx>0恒成立,
∴有a≤
class="stub"1
2
x2-x+1
x-lnx

F(x)=
class="stub"1
2
x2-x+1
x-lnx

F′(x)=
(x-1)(x-lnx)-(1-class="stub"1
x
)(class="stub"1
2
x2-x+1)
(x-lnx)2
=
(x-1)(class="stub"1
2
x+1-lnx-class="stub"1
x
)
(x-lnx)2

由(1)的结果可知class="stub"1
2
x+1-lnx-class="stub"1
x
>0

∴F'(x)恒大于零,
a≤class="stub"1
2

a≥
class="stub"1
2
x2-x-1
x-lnx

G(x)=
class="stub"1
2
x2-x-1
x-lnx

G′(x)=
(x-1)(x-lnx)-(1-class="stub"1
x
)(class="stub"1
2
x2-x-1)
(x-lnx)2
=
(x-1)(class="stub"1
2
x+1-lnx+class="stub"1
x
)
(x-lnx)2

class="stub"1
2
x+1-lnx+class="stub"1
x
>class="stub"1
2
x+1-lnx-class="stub"1
x
>0

∴G'(x)恒大于零,
a≥
e2-2e-2
2(e-1)

即实数a的范围为
e2-2e-2
2(e-1)
≤a≤class="stub"1
2

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