Question

设函数h（x）=x²，φ（x）=2elnx（e为自然对数的底）．
（1）求函数F（x）=h（x）-φ（x）的极值；
（2）若存在常数k和b，使得函数f（x）和g（x）对其定义域内的任意实数x分别满足f（x）≥kx+b和g（x）≤kx+b，则称直线l：y=kx+b为函数f（x）和g（x）的“隔离直线”．试问：函数h（x）和φ（x）是否存在“隔离直线”？若存在，求出“隔离直线”方程；若不存在，请说明理由．

Answer

（1）根据所给的函数，对函数求导，使得导函数等于0，验证可能的极值点两侧导函数的符合相反，得到函数存在极值．
（2）由题意知若存在隔离直线，则对其定义域内的任意实数x分别满足f（x）≥kx+b和g（x）≤kx+b，两个函数的图象有公共点，设出直线的方程，根据函数的恒成立得到k的值，求出函数的极大值，得到结论．
【解析】
（1）∵F（x）=h（x）-φ（x）=x2-2elnx（x＞0）
∴
当x=时，F′（x）=0，当0＜x＜时，F′（x）＜0，当x＞时，F′（x）＜0
∴F（x）在处取得极小值0．
（2）由（1）知当x＞0时，h（x）≥φ（x），
若存在隔离直线，则对其定义域内的任意实数x分别满足f（x）≥kx+b和g（x）≤kx+b，
∵两个函数的图象有公共点，
∴隔离直线必过（，e）
设直线的方程是y-e=k（x-）
∴h（x）≥kx+e-k恒成立，
∴△≤0
∴k=2
令G（x）=φ（x）-2x+e
对函数求导有当x＞时，F′（x）＜0，当0＜x＜时，F′（x）＜0
∴当 时有G（x）的极大值 为0，也就是最大值为0．
从而G（x）≤0，即 恒成立．
故函数h（x） 和φ（x） 存在唯一的“隔离直线”．