Question

已知函數(shù)f（x）=aln（1+e^x）-（a+1）x．
（1）已知f（x）滿足下面兩個(gè)條件，求a的取值范圍．
①在（-∞，1]上存在極值，
②對(duì)于任意的θ∈R，c∈R直線l：xsinθ+2y+c=0都不是函數(shù)y=f（x）（x∈（-1，+∞））圖象的切線；
（2）若點(diǎn)A（x₁，f（x₁）），B（x₂，f（x₂）），C（x₃，f（x₃））從左到右依次是函數(shù)y=f（x）圖象上三點(diǎn)，且2x₂=x₁+x₃，當(dāng)a＞0時(shí)，△ABC能否是等腰三角形？若能，求△ABC面積的最大值；若不能，請(qǐng)說(shuō)明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）首先求出f（x）的導(dǎo)數(shù)：f'（x）=，接下來(lái)考慮條件①：（i）當(dāng)a≥-1時(shí)，可得f'（x）＜0，f（x）在R上單調(diào)減，與題意不符；（ii）當(dāng)a＜-1時(shí)，可得f'（x）≤0的解集為{x|x≥ln（-a-1）}，討論f'（x）的符號(hào)，得到x=ln（-a-1）是f（x）的極大值點(diǎn)，結(jié)合題意得ln（-a-1）＜1，所以a∈（-1-e，-1）．再考慮條件②：找出當(dāng)a∈（-e-1，-1）時(shí)，滿足條件②的a的取值范圍，通過(guò)討論f′（x）的導(dǎo)數(shù)，得到f′（x）在（1，+∞）上單調(diào)遞減，而f'（1）=-1-，f′（x）在（1，+∞）上無(wú)限的趨近于-1，可得f'（x）∈（-1，-1-）．最后根據(jù)直線 l 的斜率k=≤且直線 l 不是函數(shù)f（x）圖象的切線，得到-1-在（1，+∞）上恒成立，即-2a-1≤e^x，由此可得a≥．最后綜上所述可得a的取值范圍是[，-1）．
（2）根據(jù)A（x₁，f（x₁）），B（x₂，f（x₂）），C（x₃，f（x₃）），不妨設(shè)x₁＜x₂＜x₃，由（1）的討論得f（x）在R上單調(diào)減，f（x₁）＞f（x₂）＞f（x₃），且x₂=，由此可用反證法證明A（x₁，f（x₁）），B（x₂，f（x₂）），C（x₃，f（x₃））三點(diǎn)不共線．接下來(lái)用數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算，結(jié)合函數(shù)表達(dá)式證出＜0，可得△ABC是中B為鈍角．若△ABC能是等腰三角形，只能是=，代入所設(shè)的數(shù)據(jù)，并且化簡(jiǎn)整理，可得=+，最后用基本不等式得到 =，與x₁＜x₃矛盾，因此可得△ABC不可能為等腰三角形．
解答：解：（1）f'（x）=a•-a-1=，接下來(lái)分兩步：
㈠、先考慮條件①：
（i）當(dāng)a+1≥0時(shí)，即a≥-1時(shí)，可得f'（x）＜0在R上恒成立，故f（x）在區(qū)間（-∞，+∞）上為減函數(shù)，與題意不符．
（ii）當(dāng)a+1＜0時(shí)，即a＜-1時(shí)，可得f'（x）≤0的解集為{x|x≥ln（-a-1）}，
此時(shí)f（x）在（ln（-a-1），+∞）上單調(diào)遞減，在（-∞，ln（-a-1））上單調(diào)遞增，
從而x=ln（-a-1）是f（x）的極大值點(diǎn)，結(jié)合題意得ln（-a-1）＜1，a＞-1-e，所以a∈（-1-e，-1）．
㈡、下面找出當(dāng)a∈（-e-1，-1）時(shí)，滿足條件②的a的取值范圍．
又∵f'（x）==-1-，
設(shè)g（x）=-1-，則g'（x）=＜0恒成立，
所以f′（x）在（1，+∞）上單調(diào)遞減，而f'（1）=-1-，
結(jié)合f′（x）在（1，+∞）上連續(xù)，當(dāng)x無(wú)限的趨近于+∞時(shí)，f′（x）無(wú)限的趨近于-1，
可得f'（x）∈（-1，-1-）．
直線 l 的斜率k=，則 ．
∵直線 l 不是函數(shù)f（x）圖象的切線，
∴-1-在（1，+∞）上恒成立，即-2a-1≤e^x在（1，+∞）上恒成立，
由此可得-2a-1≤e，即a≥．
綜上所述，a的取值范圍是[，-1）．
（2）由（1）知，a＞0時(shí)，f（x）在區(qū)間（-∞，+∞）上為減函數(shù)，
∵A（x₁，f（x₁）），B（x₂，f（x₂）），C（x₃，f（x₃）），
∴不妨設(shè)x₁＜x₂＜x₃，可得f（x₁）＞f（x₂）＞f（x₃），x₂=，
下面用反證法說(shuō)明A（x₁，f（x₁）），B（x₂，f（x₂）），C（x₃，f（x₃））三點(diǎn)不共線：
若A、B、C三點(diǎn)共線，則有f（x₂）=（f（x₁）+f（x₃））
所以 2=+≥2，得x₁=x₃與x₁＜x₂＜x₃矛盾．
接下來(lái)說(shuō)明角B是鈍角：=（x₁-x₂，f（x₁）-f（x₂）），=（x₃-x₂，f（x₃）-f（x₂））
∴=（x₁-x₂）（x₃-x₂）+[f（x₁）-f（x₂）][f（x₃）-f（x₂）]
∵x₁-x₂＜0，x₃-x₂＞0，f（x₁）-f（x₂）＞0，f（x₃）-f（x₂）＜0，
∴＜0，可得∠B∈（，π），即△ABC是中B為鈍角．
假設(shè)△ABC為等腰三角形，只能是 =
即：（x₁-x₂）²+[f（x₁）-f（x₂）]²=（x₃-x₂）²+[f（x₃）-f（x₂）]²
∵x₂-x₁=x₃-x₂，∴[f（x₁）-f（x₂）]²=[f（x₃）-f（x₂）]²
結(jié)合f（x₁）＞f（x₂）＞f（x₃），化簡(jiǎn)得2f（x₂）=f（x₁）+f（x₃），
也就是2aln（1+）-2（a+1）x₂=aln（1+）（1+）-（a+1）（x₁+x₃）
將2x₂=x₁+x₃代入即得：2aln（1+）-2（a+1）x₂=aln（1+）（1+）-2（a+1）x₂，
∴2ln（1+）=ln（1+）（1+）?（1+）²=（1+）（1+），
可得+2=++?=+①
而事實(shí)上，若①成立，根據(jù)+≥2=2，
必然得到 =，與x₁＜x₃矛盾．
所以△ABC不可能為等腰三角形．
點(diǎn)評(píng)：本題綜合了利用導(dǎo)數(shù)研究曲線上某點(diǎn)切線方程、函數(shù)在某點(diǎn)取得極值的條件和直角坐標(biāo)系中判斷三角形的形狀等知識(shí)點(diǎn)，屬于難題．