高考数学二轮复习专题2.16 导数真题再现(解析版)
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1.若函数f(x)=ax2+1图象上点(1,f(1))处的切线平行于直线y=2x+1,则a=( )
A.﹣1 B.0 C. D.1
【答案】D
【解析】函数f(x)=ax2+1的导数为f′(x)=2ax,可得点(1,f(1))处的切线斜率为2a,
由点(1,f(1))处的切线平行于直线y=2x+1,可得2a=2,解得a=1,故选:D.
2.函数f(x)=的图象大致为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】函数f(﹣x)==﹣=﹣f(x),
则函数f(x)为奇函数,图象关于原点对称,排除A,
当x=1时,f(1)=e﹣>0,排除D.当x→+∞时,f(x)→+∞,排除C,故选:B.
3.设函数f(x)=x3+(a﹣1)x2+ax.若f(x)为奇函数,则曲线y=f(x)在点(0,0)处的切线方程为( )
A.y=﹣2x B.y=﹣x C.y=2x D.y=x
【答案】D
【解析】函数f(x)=x3+(a﹣1)x2+ax,若f(x)为奇函数,f(﹣x)=﹣f(x),
﹣x3+(a﹣1)x2﹣ax=﹣(x3+(a﹣1)x2+ax)=﹣x3﹣(a﹣1)x2﹣ax.
所以:(a﹣1)x2=﹣(a﹣1)x2可得a=1,所以函数f(x)=x3+x,可得f′(x)=3x2+1,
曲线y=f(x)在点(0,0)处的切线的斜率为:1,
则曲线y=f(x)在点(0,0)处的切线方程为:y=x.故选:D.
4.若x=﹣2是函数f(x)=(x2+ax﹣1)ex﹣1的极值点,则f(x)的极小值为( )
A.﹣1 B.﹣2e﹣3 C.5e﹣3 D.1
【答案】A
【解析】函数f(x)=(x2+ax﹣1)ex﹣1,
可得f′(x)=(2x+a)ex﹣1+(x2+ax﹣1)ex﹣1,
x=﹣2是函数f(x)=(x2+ax﹣1)ex﹣1的极值点,
可得:f′(﹣2)=(﹣4+a)e﹣3+(4﹣2a﹣1)e﹣3=0,即﹣4+a+(3﹣2a)=0.解得a=﹣1.
可得f′(x)=(2x﹣1)ex﹣1+(x2﹣x﹣1)ex﹣1,=(x2+x﹣2)ex﹣1,函数的极值点为:x=﹣2,x=1,
当x<﹣2或x>1时,f′(x)>0函数是增函数,x∈(﹣2,1)时,函数是减函数,
x=1时,函数取得极小值:f(1)=(12﹣1﹣1)e1﹣1=﹣1.故选:A.
5.若函数f(x)=x﹣sin2x+asinx在(﹣∞,+∞)单调递增,则a的取值范围是( )
A.[﹣1,1] B.[﹣1,] C.[﹣,] D.[﹣1,﹣]
【答案】C
【解析】函数f(x)=x﹣sin2x+asinx的导数为f′(x)=1﹣cos2x+acosx,
由题意可得f′(x)≥0恒成立,即为1﹣cos2x+acosx≥0,即有﹣cos2x+acosx≥0,
设t=cosx(﹣1≤t≤1),即有5﹣4t2+3at≥0,
当t=0时,不等式显然成立;
当0<t≤1时,3a≥4t﹣,
由4t﹣在(0,1]递增,可得t=1时,取得最大值﹣1,可得3a≥﹣1,即a≥﹣;
当﹣1≤t<0时,3a≤4t﹣,由4t﹣在[﹣1,0)递增,可得t=﹣1时,取得最小值1,
可得3a≤1,即a≤.综上可得a的范围是[﹣,].
另解:设t=cosx(﹣1≤t≤1),即有5﹣4t2+3at≥0,
由题意可得5﹣4+3a≥0,且5﹣4﹣3a≥0,解得a的范围是[﹣,].故选:C.
6.已知函数f(x)=exlnx,f′(x)为f(x)的导函数,则f′(1)的值为 .
【答案】e
【解析】函数f(x)=exlnx,则f′(x)=exlnx+•ex;∴f′(1)=e•ln1+1•e=e.故答案为:e.
7.若函数f(x)=2x3﹣ax2+1(a∈R)在(0,+∞)内有且只有一个零点,则f(x)在[﹣1,1]上的最大值与最小值的和为 .
【答案】-3
【解析】∵函数f(x)=2x3﹣ax2+1(a∈R)在(0,+∞)内有且只有一个零点,
∴f′(x)=2x(3x﹣a),x∈(0,+∞),
①当a≤0时,f′(x)=2x(3x﹣a)>0,
函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,f(0)=1,
f(x)在(0,+∞)上没有零点,舍去;
②当a>0时,f′(x)=2x(3x﹣a)>0的解为x>,
∴f(x)在(0,)上递减,在(,+∞)递增,
又f(x)只有一个零点,∴f()=﹣+1=0,解得a=3,
f(x)=2x3﹣3x2+1,f′(x)=6x(x﹣1),x∈[﹣1,1],
f′(x)>0的解集为(﹣1,0),
f(x)在(﹣1,0)上递增,在(0,1)上递减,
f(﹣1)=﹣4,f(0)=1,f(1)=0,
∴f(x)min=f(﹣1)=﹣4,f(x)max=f(0)=1,
∴f(x)在[﹣1,1]上的最大值与最小值的和为:f(x)max+f(x)min=﹣4+1=﹣3.
8.曲线y=2lnx在点(1,0)处的切线方程为 .
【答案】y=2x-2
【解析】∵y=2lnx,∴y′=,
当x=1时,y′=2∴曲线y=2lnx在点(1,0)处的切线方程为y=2x﹣2.
故答案为:y=2x﹣2.
9.已知函数f(x)=2sinx+sin2x,则f(x)的最小值是 .
【答案】
【解析】由题意可得T=2π是f(x)=2sinx+sin2x的一个周期,
故只需考虑f(x)=2sinx+sin2x在[0,2π)上的值域,
先来求该函数在[0,2π)上的极值点,
求导数可得f′(x)=2cosx+2cos2x
=2cosx+2(2cos2x﹣1)=2(2cosx﹣1)(cosx+1),
令f′(x)=0可解得cosx=或cosx=﹣1,
可得此时x=,π或 ;
∴y=2sinx+sin2x的最小值只能在点x=,π或 和边界点x=0中取到,
计算可得f( )=,f(π)=0,f( )=﹣,f(0)=0,
∴函数的最小值为﹣
10.曲线y=(ax+1)ex在点(0,1)处的切线的斜率为﹣2,则a= ﹣3 .
【答案】-3
【解析】曲线y=(ax+1)ex,可得y′=aex+(ax+1)ex,
曲线y=(ax+1)ex在点(0,1)处的切线的斜率为﹣2,
可得:a+1=﹣2,解得a=﹣3.故答案为:﹣3.
11.曲线y=2ln(x+1)在点(0,0)处的切线方程为 y=2x .
【答案】y=2x
【解析】∵y=2ln(x+1),∴y′=,
当x=0时,y′=2,∴曲线y=2ln(x+1)在点(0,0)处的切线方程为y=2x.故答案为:y=2x.
12.若曲线的切线l与直线平行,则l的方程为 .
【答案】3x﹣4y+5=0
【解析】设切点为(m,n),可得m+=n,
的导数为y′=1﹣,
由切线l与直线平行,可得1﹣=,解得m=3,
即有切点为(3,),可得切线的方程为y﹣=(x﹣3),
即为3x﹣4y+5=0.故答案为:3x﹣4y+5=0.
13.已知a∈R,设函数f(x)=ax﹣lnx的图象在点(1,f(1))处的切线为l,则l在y轴上的截距为 .
【答案】1
【解析】函数f(x)=ax﹣lnx,可得f′(x)=a﹣,切线的斜率为:k=f′(1)=a﹣1,
切点坐标(1,a),切线方程l为:y﹣a=(a﹣1)(x﹣1),
l在y轴上的截距为:a+(a﹣1)(﹣1)=1.故答案为:1.
14.曲线y=x2+在点(1,2)处的切线方程为 .
【答案】x﹣y+1=0
【解析】曲线y=x2+,可得y′=2x﹣,切线的斜率为:k=2﹣1=1.
切线方程为:y﹣2=x﹣1,即:x﹣y+1=0.故答案为:x﹣y+1=0.
15.已知f(x)为偶函数,当x<0时,f(x)=ln(﹣x)+3x,则曲线y=f(x)在点(1,﹣3)处的切线方程是 .
【答案】2x+y+1=0.
【解析】f(x)为偶函数,可得f(﹣x)=f(x),
当x<0时,f(x)=ln(﹣x)+3x,即有
x>0时,f(x)=lnx﹣3x,f′(x)=﹣3,
可得f(1)=ln1﹣3=﹣3,f′(1)=1﹣3=﹣2,
则曲线y=f(x)在点(1,﹣3)处的切线方程为y﹣(﹣3)=﹣2(x﹣1),
即为2x+y+1=0.故答案为:2x+y+1=0.
16.已知f(x)为偶函数,当x≤0时,f(x)=e﹣x﹣1﹣x,则曲线y=f(x)在点(1,2)处的切线方程是 .
【答案】y=2x
【解析】已知f(x)为偶函数,当x≤0时,f(x)=e﹣x﹣1﹣x,
设x>0,则﹣x<0,∴f(x)=f(﹣x)=ex﹣1+x,
则f′(x)=ex﹣1+1,f′(1)=e0+1=2.
∴曲线y=f(x)在点(1,2)处的切线方程是y﹣2=2(x﹣1).即y=2x.故答案为:y=2x.
17.若直线y=kx+b是曲线y=lnx+2的切线,也是曲线y=ln(x+1)的切线,则b= .
【答案】1﹣ln2
【解析】设y=kx+b与y=lnx+2和y=ln(x+1)的切点分别为(x1,kx1+b)、(x2,kx2+b);
由导数的几何意义可得k==,得x1=x2+1
再由切点也在各自的曲线上,可得
联立上述式子解得;
从而kx1+b=lnx1+2得出b=1﹣ln2.
18.已知函数f(x)=ax3+x+1的图象在点(1,f(1))处的切线过点(2,7),则a= .
【答案】1
【解析】函数f(x)=ax3+x+1的导数为:f′(x)=3ax2+1,f′(1)=3a+1,而f(1)=a+2,
切线方程为:y﹣a﹣2=(3a+1)(x﹣1),因为切线方程经过(2,7),
所以7﹣a﹣2=(3a+1)(2﹣1),解得a=1.故答案为:1.
三.解答题(共22小题)
19.设函数f(x)=[ax2﹣(4a+1)x+4a+3]ex.
(Ⅰ)若曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与x轴平行,求a;
(Ⅱ)若f(x)在x=2处取得极小值,求a的取值范围.
【答案】(1)1 (2)(,+∞).
【解析】(Ⅰ)函数f(x)=[ax2﹣(4a+1)x+4a+3]ex的导数为
f′(x)=[ax2﹣(2a+1)x+2]ex.
由题意可得曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线斜率为0,
可得(a﹣2a﹣1+2)e=0,且f(1)=3e≠0,解得a=1;
(Ⅱ)f(x)的导数为f′(x)=[ax2﹣(2a+1)x+2]ex=(x﹣2)(ax﹣1)ex,
若a=0则x<2时,f′(x)>0,f(x)递增;x>2,f′(x)<0,f(x)递减.
x=2处f(x)取得极大值,不符题意;
若a>0,且a=,则f′(x)=(x﹣2)2ex≥0,f(x)递增,无极值;
若a>,则<2,f(x)在(,2)递减;在(2,+∞),(﹣∞,)递增,
可得f(x)在x=2处取得极小值;
若0<a<,则>2,f(x)在(2,)递减;在(,+∞),(﹣∞,2)递增,
可得f(x)在x=2处取得极大值,不符题意;
若a<0,则<2,f(x)在(,2)递增;在(2,+∞),(﹣∞,)递减,
可得f(x)在x=2处取得极大值,不符题意.综上可得,a的范围是(,+∞).
20.已知函数f(x)=(2+x+ax2)ln(1+x)﹣2x.
(1)若a=0,证明:当﹣1<x<0时,f(x)<0;当x>0时,f(x)>0;
(2)若x=0是f(x)的极大值点,求a.
【答案】见解析
【解析】(1)证明:当a=0时,f(x)=(2+x)ln(1+x)﹣2x,(x>﹣1).
,,
可得x∈(﹣1,0)时,f″(x)≤0,x∈(0,+∞)时,f″(x)≥0
∴f′(x)在(﹣1,0)递减,在(0,+∞)递增,
∴f′(x)≥f′(0)=0,
∴f(x)=(2+x)ln(1+x)﹣2x在(﹣1,+∞)上单调递增,又f(0)=0.
∴当﹣1<x<0时,f(x)<0;当x>0时,f(x)>0.
(2)解:由f(x)=(2+x+ax2)ln(1+x)﹣2x,得
f′(x)=(1+2ax)ln(1+x)+﹣2=,
令h(x)=ax2﹣x+(1+2ax)(1+x)ln(x+1),
h′(x)=4ax+(4ax+2a+1)ln(x+1).
当a≥0,x>0时,h′(x)>0,h(x)单调递增,
∴h(x)>h(0)=0,即f′(x)>0,
∴f(x)在(0,+∞)上单调递增,故x=0不是f(x)的极大值点,不符合题意.
当a<0时,h″(x)=8a+4aln(x+1)+,
显然h″(x)单调递减,
①令h″(0)=0,解得a=﹣.
∴当﹣1<x<0时,h″(x)>0,当x>0时,h″(x)<0,
∴h′(x)在(﹣1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,
∴h′(x)≤h′(0)=0,
∴h(x)单调递减,又h(0)=0,
∴当﹣1<x<0时,h(x)>0,即f′(x)>0,
当x>0时,h(x)<0,即f′(x)<0,
∴f(x)在(﹣1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,
∴x=0是f(x)的极大值点,符合题意;
②若﹣<a<0,则h″(0)=1+6a>0,h″(﹣1)=(2a﹣1)(1﹣)<0,
∴h″(x)=0在(0,+∞)上有唯一一个零点,设为x0,
∴当0<x<x0时,h″(x)>0,h′(x)单调递增,
∴h′(x)>h′(0)=0,即f′(x)>0,
∴f(x)在(0,x0)上单调递增,不符合题意;
③若a<﹣,则h″(0)=1+6a<0,h″(﹣1)=(1﹣2a)e2>0,
∴h″(x)=0在(﹣1,0)上有唯一一个零点,设为x1,
∴当x1<x<0时,h″(x)<0,h′(x)单调递减,
∴h′(x)>h′(0)=0,∴h(x)单调递增,
∴h(x)<h(0)=0,即f′(x)<0,
∴f(x)在(x1,0)上单调递减,不符合题意.综上,a=﹣.
21.已知函数f(x)=aex﹣lnx﹣1.
(1)设x=2是f(x)的极值点,求a,并求f(x)的单调区间;
(2)证明:当a≥时,f(x)≥0.
【答案】见解析
【解析】(1)∵函数f(x)=aex﹣lnx﹣1.
∴x>0,f′(x)=aex﹣,
∵x=2是f(x)的极值点,
∴f′(2)=ae2﹣=0,解得a=,
∴f(x)=ex﹣lnx﹣1,∴f′(x)=,
当0<x<2时,f′(x)<0,当x>2时,f′(x)>0,
∴f(x)在(0,2)单调递减,在(2,+∞)单调递增.
(2)证明:当a≥时,f(x)≥﹣lnx﹣1,
设g(x)=﹣lnx﹣1,则﹣,
由﹣=0,得x=1,
当0<x<1时,g′(x)<0,
当x>1时,g′(x)>0,
∴x=1是g(x)的最小值点,
故当x>0时,g(x)≥g(1)=0,
∴当a≥时,f(x)≥0.
22.已知函数f(x)=.
(1)求曲线y=f(x)在点(0,﹣1)处的切线方程;
(2)证明:当a≥1时,f(x)+e≥0.
【答案】见解析
【解析】(1)=﹣.
∴f′(0)=2,即曲线y=f(x)在点(0,﹣1)处的切线斜率k=2,
∴曲线y=f(x)在点(0,﹣1)处的切线方程方程为y﹣(﹣1)=2x.
即2x﹣y﹣1=0为所求.
(2)证明:函数f(x)的定义域为:R,
可得=﹣.
令f′(x)=0,可得,
当x时,f′(x)<0,x时,f′(x)>0,x∈(2,+∞)时,f′(x)<0.
∴f(x)在(﹣),(2,+∞)递减,在(﹣,2)递增,
注意到a≥1时,函数g(x)=ax2+x﹣1在(2,+∞)单调递增,且g(2)=4a+1>0
函数f(x)的图象如下:
∵a≥1,∴,则≥﹣e,
∴f(x)≥﹣e,
∴当a≥1时,f(x)+e≥0.
23.已知函数f(x)=ex﹣ax2.
(1)若a=1,证明:当x≥0时,f(x)≥1;
(2)若f(x)在(0,+∞)只有一个零点,求a.
【答案】见解析
【解析】证明:(1)当a=1时,函数f(x)=ex﹣x2.
则f′(x)=ex﹣2x,
令g(x)=ex﹣2x,则g′(x)=ex﹣2,
令g′(x)=0,得x=ln2.
当x∈(0,ln2)时,g′(x)<0,当x∈(ln2,+∞)时,g′(x)>0,
∴g(x)≥g(ln2)=eln2﹣2•ln2=2﹣2ln2>0,
∴f(x)在[0,+∞)单调递增,∴f(x)≥f(0)=1,
解:(2)方法一、,f(x)在(0,+∞)只有一个零点⇔方程ex﹣ax2=0在(0,+∞)只有一个根,
⇔a=在(0,+∞)只有一个根,
即函数y=a与G(x)=的图象在(0,+∞)只有一个交点.
G,
当x∈(0,2)时,G′(x)<0,当∈(2,+∞)时,G′(x)>0,
∴G(x)在(0,2)递减,在(2,+∞)递增,
当→0时,G(x)→+∞,当→+∞时,G(x)→+∞,
∴f(x)在(0,+∞)只有一个零点时,a=G(2)=.
方法二:①当a≤0时,f(x)=ex﹣ax2>0,f(x)在(0,+∞)没有零点..
②当a>0时,设函数h(x)=1﹣ax2e﹣x.f(x)在(0,+∞)只有一个零点⇔h(x)在(0,+∞)只有一个零点.
h′(x)=ax(x﹣2)e﹣x,当x∈(0,2)时,h′(x)<0,当x∈(2,+∞)时,h′(x)>0,
∴h(x)在(0,2)递减,在(2,+∞)递增,∴,(x≥0).
当h(2)<0时,即a,由于h(0)=1,当x>0时,ex>x2,可得h(4a)=1﹣==1﹣>0.h(x)在(0,+∞)有2个零点
当h(2)>0时,即a,h(x)在(0,+∞)没有零点,
当h(2)=0时,即a=,h(x)在(0,+∞)只有一个零点,
综上,f(x)在(0,+∞)只有一个零点时,a=.
24.已知函数f(x)=﹣lnx.
(Ⅰ)若f(x)在x=x1,x2(x1≠x2)处导数相等,证明:f(x1)+f(x2)>8﹣8ln2;
(Ⅱ)若a≤3﹣4ln2,证明:对于任意k>0,直线y=kx+a与曲线y=f(x)有唯一公共点.
【答案】见解析
【解析】证明:(Ⅰ)∵函数f(x)=﹣lnx,
∴x>0,f′(x)=﹣,
∵f(x)在x=x1,x2(x1≠x2)处导数相等,
∴=﹣,
∵x1≠x2,∴+=,
由基本不等式得:=≥,
∵x1≠x2,∴x1x2>256,
由题意得f(x1)+f(x2)==﹣ln(x1x2),
设g(x)=,则,
∴列表讨论:
x
(0,16)
16
(16,+∞)
g′(x)
﹣
0
+
g(x)
↓
2﹣4ln2
↑
∴g(x)在[256,+∞)上单调递增,
∴g(x1x2)>g(256)=8﹣8ln2,
∴f(x1)+f(x2)>8﹣8ln2.
(Ⅱ)令m=e﹣(|a|+k),n=()2+1,
则f(m)﹣km﹣a>|a|+k﹣k﹣a≥0,
f(n)﹣kn﹣a<n(﹣﹣k)≤n(﹣k)<0,
∴存在x0∈(m,n),使f(x0)=kx0+a,
∴对于任意的a∈R及k∈(0,+∞),直线y=kx+a与曲线y=f(x)有公共点,
由f(x)=kx+a,得k=,
设h(x)=,则h′(x)==,
其中g(x)=﹣lnx,
由(1)知g(x)≥g(16),
又a≤3﹣4ln2,∴﹣g(x)﹣1+a≤﹣g(16)﹣1+a=﹣3+4ln2+a≤0,
∴h′(x)≤0,即函数h(x)在(0,+∞)上单调递减,
∴方程f(x)﹣kx﹣a=0至多有一个实根,
综上,a≤3﹣4ln2时,对于任意k>0,直线y=kx+a与曲线y=f(x)有唯一公共点.
25.已知函数f(x)=x3﹣a(x2+x+1).
(1)若a=3,求f(x)的单调区间;
(2)证明:f(x)只有一个零点.
【答案】见解析
【解析】(1)当a=3时,f(x)=x3﹣3(x2+x+1),
所以f′(x)=x2﹣6x﹣3时,令f′(x)=0解得x=3,
当x∈(﹣∞,3﹣2),x∈(3+2,+∞)时,f′(x)>0,函数是增函数,
当x∈(3﹣2时,f′(x)<0,函数是单调递减,
综上,f(x)在(﹣∞,3﹣2),(3+2,+∞),上是增函数,在(3﹣2上递减.
(2)证明:因为x2+x+1=(x+)2+,
所以f(x)=0等价于,
令,
则,仅当x=0时,g′(x)=0,所以g(x)在R上是增函数;
g(x)至多有一个零点,从而f(x)至多有一个零点.
又因为f(3a﹣1)=﹣6a2+2a﹣=﹣6(a﹣)2﹣<0,
f(3a+1)=>0,
故f(x)有一个零点,
综上,f(x)只有一个零点.
26.已知函数f(x)=﹣x+alnx.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)存在两个极值点x1,x2,证明:<a﹣2.
【答案】见解析
【解析】(1)函数的定义域为(0,+∞),
函数的导数f′(x)=﹣﹣1+=﹣,
设g(x)=x2﹣ax+1,
当a≤0时,g(x)>0恒成立,即f′(x)<0恒成立,此时函数f(x)在(0,+∞)上是减函数,
当a>0时,判别式△=a2﹣4,
①当0<a≤2时,△≤0,即g(x)≥0,即f′(x)≤0恒成立,此时函数f(x)在(0,+∞)上是减函数,
②当a>2时,x,f′(x),f(x)的变化如下表:
x
(0,)
(,)
(,+∞)
f′(x)
﹣
0
+
0
﹣
f(x)
递减
递增
递减
综上当a≤2时,f(x)在(0,+∞)上是减函数,
当a>2时,在(0,),和(,+∞)上是减函数,
则(,)上是增函数.
(2)由(1)知a>2,0<x1<1<x2,x1x2=1,
则f(x1)﹣f(x2)=(x2﹣x1)(1+)+a(lnx1﹣lnx2)=2(x2﹣x1)+a(lnx1﹣lnx2),
则=﹣2+,
则问题转为证明<1即可,
即证明lnx1﹣lnx2>x1﹣x2,
则lnx1﹣ln>x1﹣,
即lnx1+lnx1>x1﹣,
即证2lnx1>x1﹣在(0,1)上恒成立,
设h(x)=2lnx﹣x+,(0<x<1),其中h(1)=0,
求导得h′(x)=﹣1﹣=﹣=﹣<0,
则h(x)在(0,1)上单调递减,
∴h(x)>h(1),即2lnx﹣x+>0,
故2lnx>x﹣,
则<a﹣2成立.
(2)另解:注意到f()=x﹣﹣alnx=﹣f(x),
即f(x)+f()=0,
由韦达定理得x1x2=1,x1+x2=a>2,得0<x1<1<x2,x1=,
可得f(x2)+f()=0,即f(x1)+f(x2)=0,
要证<a﹣2,只要证<a﹣2,
即证2alnx2﹣ax2+<0,(x2>1),
构造函数h(x)=2alnx﹣ax+,(x>1),h′(x)=≤0,
∴h(x)在(1,+∞)上单调递减,
∴h(x)<h(1)=0,
∴2alnx﹣ax+<0成立,即2alnx2﹣ax2+<0,(x2>1)成立.
即<a﹣2成立.
27.已知函数f(x)=ax3﹣3(a+1)x2+12x.
(1)当a>0时,求f(x)的极小值;
(Ⅱ)当a≤0时,讨论方程f(x)=0实根的个数.
【答案】见解析
【解析】f'(x)=3ax2﹣6(a+1)x+12=3(ax﹣2)(x﹣2).
(1)当a>0时,令f'(x)=0,得x=2或;
①当0<a<1时,有,列表如下:
x
(﹣∞,2)
2
f'(x)
+
0
﹣
0
+
f(x)
↗
极大值
↘
极小值
↗
故极小值为.
②当a=1时,有,则f'(x)=3(x﹣2)2≥0,故f(x)在R上单调递增,无极小值;
③当a>1时,有,列表如下:
x
2
(2,+∞)
f'(x)
+
0
﹣
0
+
f(x)
↗
极大值
↘
极小值
↗
故极小值为f(2)=12﹣4a.
(Ⅱ)解法一:①当a=0时,令f(x)=﹣3x2+12x=﹣3x(x﹣4),得x=0或x=4,有两个根;
②当a<0时,令f'(x)=0,得x=2或,有,列表如下:
x
2
(2,+∞)
f'(x)
﹣
0
+
0
﹣
f(x)
↘
极小值
↗
极大值
↘
故极大值为f(2)=12﹣4a>0,极小值,因此f(x)=0有三个根.
解法二:①当a=0时,令f(x)=﹣3x2+12x=﹣3x(x﹣4),得x=0或x=4,有两个根;
②当a<0时,f(x)=x[ax2﹣3(a+1)x+12],对于二次函数y=ax2﹣3(a+1)x+12,x=0不是该二次函数的零点,△=9(a+1)2﹣24a>0,则该二次函数有两个不等的非零零点,
此时,方程f(x)=0有三个根.
28.已知函数f(x)=ex(ex﹣a)﹣a2x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)≥0,求a的取值范围.
【答案】见解析
【解析】(1)f(x)=ex(ex﹣a)﹣a2x=e2x﹣exa﹣a2x,
∴f′(x)=2e2x﹣aex﹣a2=(2ex+a)(ex﹣a),
①当a=0时,f′(x)>0恒成立,
∴f(x)在R上单调递增,
②当a>0时,2ex+a>0,令f′(x)=0,解得x=lna,
当x<lna时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当x>lna时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
③当a<0时,ex﹣a>0,令f′(x)=0,解得x=ln(﹣),
当x<ln(﹣)时,f′(x)<0,函数f(x)单调递减,
当x>ln(﹣)时,f′(x)>0,函数f(x)单调递增,
综上所述,当a=0时,f(x)在R上单调递增,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增,
当a<0时,f(x)在(﹣∞,ln(﹣))上单调递减,在(ln(﹣),+∞)上单调递增,
(2)①当a=0时,f(x)=e2x>0恒成立,
②当a>0时,由(1)可得f(x)min=f(lna)=﹣a2lna≥0,
∴lna≤0,∴0<a≤1,
③当a<0时,由(1)可得:
f(x)min=f(ln(﹣))=﹣a2ln(﹣)≥0,
∴ln(﹣)≤,
∴﹣2≤a<0,
综上所述a的取值范围为[﹣2,1]
29.设函数f(x)=(1﹣x2)ex.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)当x≥0时,f(x)≤ax+1,求a的取值范围.
【答案】见解析
【解析】(1)因为f(x)=(1﹣x2)ex,x∈R,
所以f′(x)=(1﹣2x﹣x2)ex,
令f′(x)=0可知x=﹣1±,
当x<﹣1﹣或x>﹣1+时f′(x)<0,当﹣1﹣<x<﹣1+时f′(x)>0,
所以f(x)在(﹣∞,﹣1﹣),(﹣1+,+∞)上单调递减,在(﹣1﹣,﹣1+)上单调递增;
(2)由题可知f(x)=(1﹣x)(1+x)ex.下面对a的范围进行讨论:
①当a≥1时,设函数h(x)=(1﹣x)ex,则h′(x)=﹣xex<0(x>0),
因此h(x)在[0,+∞)上单调递减,
又因为h(0)=1,所以h(x)≤1,
所以f(x)=(1+x)h(x)≤x+1≤ax+1;
②当0<a<1时,设函数g(x)=ex﹣x﹣1,则g′(x)=ex﹣1>0(x>0),
所以g(x)在[0,+∞)上单调递增,
又g(0)=1﹣0﹣1=0,
所以ex≥x+1.
因为当0<x<1时f(x)>(1﹣x)(1+x)2,
所以(1﹣x)(1+x)2﹣ax﹣1=x(1﹣a﹣x﹣x2),
取x0=∈(0,1),则(1﹣x0)(1+x0)2﹣ax0﹣1=0,
所以f(x0)>ax0+1,矛盾;
③当a≤0时,取x0=∈(0,1),则f(x0)>(1﹣x0)(1+x0)2=1≥ax0+1,矛盾;
综上所述,a的取值范围是[1,+∞).
30.已知函数f(x)=excosx﹣x.
(1)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)求函数f(x)在区间[0,]上的最大值和最小值.
【答案】见解析
【解析】(1)函数f(x)=excosx﹣x的导数为f′(x)=ex(cosx﹣sinx)﹣1,
可得曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线斜率为k=e0(cos0﹣sin0)﹣1=0,
切点为(0,e0cos0﹣0),即为(0,1),
曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程为y=1;
(2)函数f(x)=excosx﹣x的导数为f′(x)=ex(cosx﹣sinx)﹣1,
令g(x)=ex(cosx﹣sinx)﹣1,
则g(x)的导数为g′(x)=ex(cosx﹣sinx﹣sinx﹣cosx)=﹣2ex•sinx,
当x∈[0,],可得g′(x)=﹣2ex•sinx≤0,
即有g(x)在[0,]递减,可得g(x)≤g(0)=0,
则f(x)在[0,]递减,
即有函数f(x)在区间[0,]上的最大值为f(0)=e0cos0﹣0=1;
最小值为f()=cos﹣=﹣.
31.已知函数f(x)=ax2﹣ax﹣xlnx,且f(x)≥0.
(1)求a;
(2)证明:f(x)存在唯一的极大值点x0,且e﹣2<f(x0)<2﹣2.
【答案】见解析
【解析】(1)解:因为f(x)=ax2﹣ax﹣xlnx=x(ax﹣a﹣lnx)(x>0),
则f(x)≥0等价于h(x)=ax﹣a﹣lnx≥0,求导可知h′(x)=a﹣.
则当a≤0时h′(x)<0,即y=h(x)在(0,+∞)上单调递减,
所以当x0>1时,h(x0)<h(1)=0,矛盾,故a>0.
因为当0<x<时h′(x)<0、当x>时h′(x)>0,
所以h(x)min=h(),
又因为h(1)=a﹣a﹣ln1=0,
所以=1,解得a=1;
另解:因为f(1)=0,所以f(x)≥0等价于f(x)在x>0时的最小值为f(1),
所以等价于f(x)在x=1处是极小值,
所以解得a=1;
(2)证明:由(1)可知f(x)=x2﹣x﹣xlnx,f′(x)=2x﹣2﹣lnx,
令f′(x)=0,可得2x﹣2﹣lnx=0,记t(x)=2x﹣2﹣lnx,则t′(x)=2﹣,
令t′(x)=0,解得:x=,
所以t(x)在区间(0,)上单调递减,在(,+∞)上单调递增,
所以t(x)min=t()=ln2﹣1<0,从而t(x)=0有解,即f′(x)=0存在两根x0,x2,
且不妨设f′(x)在(0,x0)上为正、在(x0,x2)上为负、在(x2,+∞)上为正,
所以f(x)必存在唯一极大值点x0,且2x0﹣2﹣lnx0=0,
所以f(x0)=﹣x0﹣x0lnx0=﹣x0+2x0﹣2=x0﹣,
由x0<可知f(x0)<(x0﹣)max=﹣+=;
由f′()<0可知x0<<,
所以f(x)在(0,x0)上单调递增,在(x0,)上单调递减,
所以f(x0)>f()=;
综上所述,f(x)存在唯一的极大值点x0,且e﹣2<f(x0)<2﹣2.
32.已知函数f(x)=lnx+ax2+(2a+1)x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)当a<0时,证明f(x)≤﹣﹣2.
【答案】见解析
【解析】(1)解:因为f(x)=lnx+ax2+(2a+1)x,
求导f′(x)=+2ax+(2a+1)==,(x>0),
①当a=0时,f′(x)=+1>0恒成立,此时y=f(x)在(0,+∞)上单调递增;
②当a>0,由于x>0,所以(2ax+1)(x+1)>0恒成立,此时y=f(x)在(0,+∞)上单调递增;
③当a<0时,令f′(x)=0,解得:x=﹣.
因为当x∈(0,﹣)f′(x)>0、当x∈(﹣,+∞)f′(x)<0,
所以y=f(x)在(0,﹣)上单调递增、在(﹣,+∞)上单调递减.
综上可知:当a≥0时f(x)在(0,+∞)上单调递增,
当a<0时,f(x)在(0,﹣)上单调递增、在(﹣,+∞)上单调递减;
(2)证明:由(1)可知:当a<0时f(x)在(0,﹣)上单调递增、在(﹣,+∞)上单调递减,
所以当x=﹣时函数y=f(x)取最大值f(x)max=f(﹣)=﹣1﹣ln2﹣+ln(﹣).
从而要证f(x)≤﹣﹣2,即证f(﹣)≤﹣﹣2,
即证﹣1﹣ln2﹣+ln(﹣)≤﹣﹣2,即证﹣(﹣)+ln(﹣)≤﹣1+ln2.
令t=﹣,则t>0,问题转化为证明:﹣t+lnt≤﹣1+ln2.…(*)
令g(t)=﹣t+lnt,则g′(t)=﹣+,
令g′(t)=0可知t=2,则当0<t<2时g′(t)>0,当t>2时g′(t)<0,
所以y=g(t)在(0,2)上单调递增、在(2,+∞)上单调递减,
即g(t)≤g(2)=﹣×2+ln2=﹣1+ln2,即(*)式成立,
所以当a<0时,f(x)≤﹣﹣2成立.
33.已知函数f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
【答案】见解析
【解析】(1)由f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,求导f′(x)=2ae2x+(a﹣2)ex﹣1,
当a=0时,f′(x)=﹣2ex﹣1<0,
∴当x∈R,f(x)单调递减,
当a>0时,f′(x)=(2ex+1)(aex﹣1)=2a(ex+)(ex﹣),
令f′(x)=0,解得:x=ln,
当f′(x)>0,解得:x>ln,
当f′(x)<0,解得:x<ln,
∴x∈(﹣∞,ln)时,f(x)单调递减,x∈(ln,+∞)单调递增;
当a<0时,f′(x)=2a(ex+)(ex﹣)<0,恒成立,
∴当x∈R,f(x)单调递减,
综上可知:当a≤0时,f(x)在R单调减函数,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,ln)是减函数,在(ln,+∞)是增函数;
(2)①若a≤0时,由(1)可知:f(x)最多有一个零点,
当a>0时,f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,
当x→﹣∞时,e2x→0,ex→0,
∴当x→﹣∞时,f(x)→+∞,
当x→∞,e2x→+∞,且远远大于ex和x,
∴当x→∞,f(x)→+∞,
∴函数有两个零点,f(x)的最小值小于0即可,
由f(x)在(﹣∞,ln)是减函数,在(ln,+∞)是增函数,
∴f(x)min=f(ln)=a×()+(a﹣2)×﹣ln<0,
∴1﹣﹣ln<0,即ln+﹣1>0,
设t=,则g(t)=lnt+t﹣1,(t>0),
求导g′(t)=+1,由g(1)=0,
∴t=>1,解得:0<a<1,
∴a的取值范围(0,1).
方法二:(1)由f(x)=ae2x+(a﹣2)ex﹣x,求导f′(x)=2ae2x+(a﹣2)ex﹣1,
当a=0时,f′(x)=﹣2ex﹣1<0,
∴当x∈R,f(x)单调递减,
当a>0时,f′(x)=(2ex+1)(aex﹣1)=2a(ex+)(ex﹣),
令f′(x)=0,解得:x=﹣lna,
当f′(x)>0,解得:x>﹣lna,
当f′(x)<0,解得:x<﹣lna,
∴x∈(﹣∞,﹣lna)时,f(x)单调递减,x∈(﹣lna,+∞)单调递增;
当a<0时,f′(x)=2a(ex+)(ex﹣)<0,恒成立,
∴当x∈R,f(x)单调递减,
综上可知:当a≤0时,f(x)在R单调减函数,
当a>0时,f(x)在(﹣∞,﹣lna)是减函数,在(﹣lna,+∞)是增函数;
(2)①若a≤0时,由(1)可知:f(x)最多有一个零点,
②当a>0时,由(1)可知:当x=﹣lna时,f(x)取得最小值,f(x)min=f(﹣lna)=1﹣﹣ln,
当a=1,时,f(﹣lna)=0,故f(x)只有一个零点,
当a∈(1,+∞)时,由1﹣﹣ln>0,即f(﹣lna)>0,
故f(x)没有零点,
当a∈(0,1)时,1﹣﹣ln<0,f(﹣lna)<0,
由f(﹣2)=ae﹣4+(a﹣2)e﹣2+2>﹣2e﹣2+2>0,
故f(x)在(﹣∞,﹣lna)有一个零点,
假设存在正整数n0,满足n0>ln(﹣1),则f(n0)=(a+a﹣2)﹣n0>﹣n0>﹣n0>0,
由ln(﹣1)>﹣lna,
因此在(﹣lna,+∞)有一个零点.
∴a的取值范围(0,1).
34.已知函数f(x)=x﹣1﹣alnx.
(1)若f(x)≥0,求a的值;
(2)设m为整数,且对于任意正整数n,(1+)(1+)…(1+)<m,求m的最小值.
【答案】见解析
【解析】(1)因为函数f(x)=x﹣1﹣alnx,x>0,
所以f′(x)=1﹣=,且f(1)=0.
所以当a≤0时f′(x)>0恒成立,此时y=f(x)在(0,+∞)上单调递增,这与f(x)≥0矛盾;
当a>0时令f′(x)=0,解得x=a,
所以y=f(x)在(0,a)上单调递减,在(a,+∞)上单调递增,即f(x)min=f(a),
若a≠1,则f(a)<f(1)=0,从而与f(x)≥0矛盾;
所以a=1;
(2)由(1)可知当a=1时f(x)=x﹣1﹣lnx≥0,即lnx≤x﹣1,
所以ln(x+1)≤x当且仅当x=0时取等号,
所以ln(1+)<,k∈N*.
ln(1+)+ln(1+)+…+ln(1+)<++…+=1﹣<1,
即(1+)(1+)…(1+)<e;
因为m为整数,且对于任意正整数n,(1+)(1+)…(1+)<m成立,
当n=3时,不等式左边大于2,
所以m的最小值为3.
35.已知函数f(x)=x3﹣ax2,a∈R,
(1)当a=2时,求曲线y=f(x)在点(3,f(3))处的切线方程;
(2)设函数g(x)=f(x)+(x﹣a)cosx﹣sinx,讨论g(x)的单调性并判断有无极值,有极值时求出极值.
【答案】见解析
【解析】(1)当a=2时,f(x)=x3﹣x2,
∴f′(x)=x2﹣2x,
∴k=f′(3)=9﹣6=3,f(3)=×27﹣9=0,
∴曲线y=f(x)在点(3,f(3))处的切线方程y=3(x﹣3),即3x﹣y﹣9=0
(2)函数g(x)=f(x)+(x﹣a)cosx﹣sinx=x3﹣ax2+(x﹣a)cosx﹣sinx,
∴g′(x)=(x﹣a)(x﹣sinx),
令g′(x)=0,解得x=a,或x=0,
①若a>0时,当x<0时,g′(x)>0恒成立,故g(x)在(﹣∞,0)上单调递增,
当x>a时,g′(x)>0恒成立,故g(x)在(a,+∞)上单调递增,
当0<x<a时,g′(x)<0恒成立,故g(x)在(0,a)上单调递减,
∴当x=a时,函数有极小值,极小值为g(a)=﹣a3﹣sina
当x=0时,有极大值,极大值为g(0)=﹣a,
②若a<0时,当x>0时,g′(x)>0恒成立,故g(x)在(﹣∞,0)上单调递增,
当x<a时,g′(x)>0恒成立,故g(x)在(﹣∞,a)上单调递增,
当a<x<0时,g′(x)<0恒成立,故g(x)在(a,0)上单调递减,
∴当x=a时,函数有极大值,极大值为g(a)=﹣a3﹣sina
当x=0时,有极小值,极小值为g(0)=﹣a
③当a=0时,g′(x)=x(x﹣sinx),
当x>0时,g′(x)>0恒成立,故g(x)在(0,+∞)上单调递增,
当x<0时,g′(x)>0恒成立,故g(x)在(﹣∞,0)上单调递增,
∴g(x)在R上单调递增,无极值.
36.已知函数f(x)=(x+1)lnx﹣a(x﹣1).
(I)当a=4时,求曲线y=f(x)在(1,f(1))处的切线方程;
(II)若当x∈(1,+∞)时,f(x)>0,求a的取值范围.
【答案】见解析
【解析】(I)当a=4时,f(x)=(x+1)lnx﹣4(x﹣1).
f(1)=0,即点为(1,0),
函数的导数f′(x)=lnx+(x+1)•﹣4,
则f′(1)=ln1+2﹣4=2﹣4=﹣2,
即函数的切线斜率k=f′(1)=﹣2,
则曲线y=f(x)在(1,0)处的切线方程为y=﹣2(x﹣1)=﹣2x+2;
(II)∵f(x)=(x+1)lnx﹣a(x﹣1),
∴f′(x)=1++lnx﹣a,
∴f″(x)=,
∵x>1,∴f″(x)>0,
∴f′(x)在(1,+∞)上单调递增,
∴f′(x)>f′(1)=2﹣a.
①a≤2,f′(x)>f′(1)≥0,
∴f(x)在(1,+∞)上单调递增,
∴f(x)>f(1)=0,满足题意;
②a>2,存在x0∈(1,+∞),f′(x0)=0,函数f(x)在(1,x0)上单调递减,在(x0,+∞)上单调递增,
由f(1)=0,可得存在x0∈(1,+∞),f(x0)<0,不合题意.
综上所述,a≤2.
另解:若当x∈(1,+∞)时,f(x)>0,
可得(x+1)lnx﹣a(x﹣1)>0,
即为a<,
由y=的导数为y′=,
由y=x﹣﹣2lnx的导数为y′=1+﹣=>0,
函数y在x>1递增,可得>0,
则函数y=在x>1递增,
则==2,
可得>2恒成立,
即有a≤2.
37.(Ⅰ)讨论函数f(x)=ex的单调性,并证明当x>0时,(x﹣2)ex+x+2>0;
(Ⅱ)证明:当a∈[0,1)时,函数g(x)=(x>0)有最小值.设g(x)的最小值为h(a),求函数h(a)的值域.
【答案】见解析
【解析】(1)证明:f(x)=
f'(x)=ex()=
∵当x∈(﹣∞,﹣2)∪(﹣2,+∞)时,f'(x)≥0
∴f(x)在(﹣∞,﹣2)和(﹣2,+∞)上单调递增
∴x>0时,>f(0)=﹣1
即(x﹣2)ex+x+2>0
(2)g'(x)===
a∈[0,1)
由(1)知,当x>0时,f(x)=的值域为(﹣1,+∞),只有一解使得
,
只需•et≤0恒成立,可得﹣2<t≤2,
由x>0,可得
t∈(0,2]
当x∈(0,t)时,g'(x)<0,g(x)单调减;
当x∈(t,+∞),g'(x)>0,g(x)单调增;
h(a)===
记k(t)=,在t∈(0,2]时,k'(t)=>0,
故k(t)单调递增,
所以h(a)=k(t)∈(,].
38.已知函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2有两个零点.
(Ⅰ)求a的取值范围;
(Ⅱ)设x1,x2是f(x)的两个零点,证明:x1+x2<2.
【答案】见解析
【解析】(Ⅰ)∵函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2,
∴f′(x)=(x﹣1)ex+2a(x﹣1)=(x﹣1)(ex+2a),
①若a=0,那么f(x)=0⇔(x﹣2)ex=0⇔x=2,
函数f(x)只有唯一的零点2,不合题意;
②若a>0,那么ex+2a>0恒成立,
当x<1时,f′(x)<0,此时函数为减函数;
当x>1时,f′(x)>0,此时函数为增函数;
此时当x=1时,函数f(x)取极小值﹣e,
由f(2)=a>0,可得:函数f(x)在x>1存在一个零点;
当x<1时,ex<e,x﹣2<﹣1<0,
∴f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2>(x﹣2)e+a(x﹣1)2=a(x﹣1)2+e(x﹣1)﹣e,
令a(x﹣1)2+e(x﹣1)﹣e=0的两根为t1,t2,且t1<t2,
则当x<t1,或x>t2时,f(x)>a(x﹣1)2+e(x﹣1)﹣e>0,
故函数f(x)在x<1存在一个零点;
即函数f(x)在R是存在两个零点,满足题意;
③若﹣<a<0,则ln(﹣2a)<lne=1,
当x<ln(﹣2a)时,x﹣1<ln(﹣2a)﹣1<lne﹣1=0,
ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
当ln(﹣2a)<x<1时,x﹣1<0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)<0恒成立,故f(x)单调递减,
当x>1时,x﹣1>0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
故当x=ln(﹣2a)时,函数取极大值,
由f(ln(﹣2a))=[ln(﹣2a)﹣2](﹣2a)+a[ln(﹣2a)﹣1]2=a{[ln(﹣2a)﹣2]2+1}<0得:
函数f(x)在R上至多存在一个零点,不合题意;
④若a=﹣,则ln(﹣2a)=1,
当x<1=ln(﹣2a)时,x﹣1<0,ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
当x>1时,x﹣1>0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
故函数f(x)在R上单调递增,
函数f(x)在R上至多存在一个零点,不合题意;
⑤若a<﹣,则ln(﹣2a)>lne=1,
当x<1时,x﹣1<0,ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
当1<x<ln(﹣2a)时,x﹣1>0,ex+2a<eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)<0恒成立,故f(x)单调递减,
当x>ln(﹣2a)时,x﹣1>0,ex+2a>eln(﹣2a)+2a=0,
即f′(x)=(x﹣1)(ex+2a)>0恒成立,故f(x)单调递增,
故当x=1时,函数取极大值,
由f(1)=﹣e<0得:
函数f(x)在R上至多存在一个零点,不合题意;
综上所述,a的取值范围为(0,+∞)
证明:(Ⅱ)∵x1,x2是f(x)的两个零点,
∴f(x1)=f(x2)=0,且x1≠1,且x2≠1,
∴﹣a==,
令g(x)=,则g(x1)=g(x2)=﹣a,
∵g′(x)=,
∴当x<1时,g′(x)<0,g(x)单调递减;
当x>1时,g′(x)>0,g(x)单调递增;
设m>0,则g(1+m)﹣g(1﹣m)=﹣=,
设h(m)=,m>0,
则h′(m)=>0恒成立,
即h(m)在(0,+∞)上为增函数,
h(m)>h(0)=0恒成立,
即g(1+m)>g(1﹣m)恒成立,
令m=1﹣x1>0,
则g(1+1﹣x1)>g(1﹣1+x1)⇔g(2﹣x1)>g(x1)=g(x2)⇔2﹣x1>x2,
即x1+x2<2.
39.已知函数f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2.
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)若f(x)有两个零点,求a的取值范围.
【答案】见解析
【解析】(Ⅰ)由f(x)=(x﹣2)ex+a(x﹣1)2,
可得f′(x)=(x﹣1)ex+2a(x﹣1)=(x﹣1)(ex+2a),
①当a≥0时,由f′(x)>0,可得x>1;由f′(x)<0,可得x<1,
即有f(x)在(﹣∞,1)递减;在(1,+∞)递增(如右上图);
②当a<0时,(如右下图)若a=﹣,则f′(x)≥0恒成立,即有f(x)在R上递增;
若a<﹣时,由f′(x)>0,可得x<1或x>ln(﹣2a);
由f′(x)<0,可得1<x<ln(﹣2a).
即有f(x)在(﹣∞,1),(ln(﹣2a),+∞)递增;
在(1,ln(﹣2a))递减;
若﹣<a<0,由f′(x)>0,可得x<ln(﹣2a)或x>1;
由f′(x)<0,可得ln(﹣2a)<x<1.
即有f(x)在(﹣∞,ln(﹣2a)),(1,+∞)递增;
在(ln(﹣2a),1)递减;
(Ⅱ)①由(Ⅰ)可得当a>0时,
f(x)在(﹣∞,1)递减;在(1,+∞)递增,
且f(1)=﹣e<0,x→+∞,f(x)→+∞;
当x→﹣∞时f(x)>0或找到一个x<1使得f(x)>0对于a>0恒成立,
f(x)有两个零点;
②当a=0时,f(x)=(x﹣2)ex,所以f(x)只有一个零点x=2;
③当a<0时,
若a<﹣时,f(x)在(1,ln(﹣2a))递减,
在(﹣∞,1),(ln(﹣2a),+∞)递增,
又当x≤1时,f(x)<0,所以f(x)不存在两个零点;
当a≥﹣时,在(﹣∞,ln(﹣2a))单调增,在(1,+∞)单调增,
在(1n(﹣2a),1)单调减,
只有f(ln(﹣2a))等于0才有两个零点,
而当x≤1时,f(x)<0,所以只有一个零点不符题意.
综上可得,f(x)有两个零点时,a的取值范围为(0,+∞).
40.已知函数f(x)=x3+ax+,g(x)=﹣lnx
(i)当a为何值时,x轴为曲线y=f(x)的切线;
(ii)用min{m,n}表示m,n中的最小值,设函数h(x)=min{f(x),g(x)}(x>0),讨论h(x)零点的个数.
【答案】见解析
【解析】(i)f′(x)=3x2+a.
设曲线y=f(x)与x轴相切于点P(x0,0),则f(x0)=0,f′(x0)=0,
∴,解得,a=.
因此当a=﹣时,x轴为曲线y=f(x)的切线;
(ii)当x∈(1,+∞)时,g(x)=﹣lnx<0,
∴函数h(x)=min{f(x),g(x)}<0,
故h(x)在x∈(1,+∞)时无零点.
当x=1时,若a≥﹣,则f(1)=a+≥0,
∴h(x)=min{f(1),g(1)}=g(1)=0,故x=1是函数h(x)的一个零点;
若a<﹣,则f(1)=a+<0,∴h(x)=min{f(1),g(1)}=f(1)<0,故x=1不是函数h(x)的零点;
当x∈(0,1)时,g(x)=﹣lnx>0,因此只考虑f(x)在(0,1)内的零点个数即可.
①当a≤﹣3或a≥0时,f′(x)=3x2+a在(0,1)内无零点,因此f(x)在区间(0,1)内单调,
而f(0)=,f(1)=a+,∴当a≤﹣3时,函数f(x)在区间(0,1)内有一个零点,
当a≥0时,函数f(x)在区间(0,1)内没有零点.
②当﹣3<a<0时,函数f(x)在内单调递减,在内单调递增,故当x=时,f(x)取得最小值=.
若>0,即,则f(x)在(0,1)内无零点.
若=0,即a=﹣,则f(x)在(0,1)内有唯一零点.
若<0,即,由f(0)=,f(1)=a+,
∴当时,f(x)在(0,1)内有两个零点.当﹣3<a时,f(x)在(0,1)内有一个零点.
综上可得:a<时,函数h(x)有一个零点.
当时,h(x)有一个零点;
当a=或时,h(x)有两个零点;
当时,函数h(x)有三个零点.
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