已知函数f(x)=(xlnx+ax+a2-a-1)ex,a≥-2.(I)若a=0,求f(x)的单调区间;(II)讨论函数f(x)在
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解决时间 2021-02-04 19:49
- 提问者网友:战皆罪
- 2021-02-04 15:09
已知函数f(x)=(xlnx+ax+a2-a-1)ex,a≥-2.(I)若a=0,求f(x)的单调区间;(II)讨论函数f(x)在区间(1e,+∞)上的极值点个数;(III)是否存在a,使得函数f(x)的图象在区间(1e,+∞)上与x轴相切?若存在,求出所有a的值,若不存在,说明理由.
最佳答案
- 五星知识达人网友:轻熟杀无赦
- 2021-02-04 15:38
(1)当a=0时:f(x)=(xlnx+-1)ex,(x>0)
故f'(x)=(lnx+1+xlnx-1)ex=lnx(x+1)ex,
当x=1时:f'(x)=0,当x>1时:f'(x)>0,当x<1时:f'(x)<0.
故f(x)的减区间为:(0,1),增区间为(1,+∞).
(2)f'(x)=(lnx+xlnx+ax+a2)ex,
令g(x)=lnx+xlnx+ax+a2,
故g'(x)=
1
x +lnx+1+a,g“(x)=-
1
x2 +
1
x ,
显g''(1)=0,又当x<1时:g''(x)<0.当x>1时:g''(x)>0.
故g'(x)min=g'(1)=2+a,
∵a≥-2,∴g'(x)≥g'(x)min=2+a≥0.
故g(x)在区间(
1
e ,+∞)上单调递增,
注意到:当x→+∞时,g(x)→+∞,
故g(x)在(
1
e ,+∞)上的零点个数由g(
1
e )=(a-1)(a+1+
1
e )的符号决定.
①当g(
1
e )≥0,即:-2≤a≤?1?
1
e 或a≥1时:g(x)在区间(
1
e ,+∞)上无零点,
即f(x)无极值点.
②当g(
1
e )<0,即:-1-
1
e <a<1时:g(x)在区间(
1
e ,+∞)上有唯一零点,
即f(x)有唯一极值点.
综上:当2≤a≤?1?
1
e 或a≥1时:f(x)在(
1
e ,+∞)上无极值点.
当:-1-
1
e <a<1时:f(x)在(
1
e ,+∞)上有唯一极值点.
(3)假设存在a,使得f(x)在区间(
1
e ,+∞)上与x轴相切,则f(x)必与x轴相切于极值点处,
由(2)可知:-1-
1
e <a<1时.不妨设极值点为x0,则有:
f′(x0)=(lnx0+x0lnx0+ax0+a2)ex0=0
f(x0)=(x0lnx0+ax0+a2?a?1)ex0=0 …(*)同时成立.
联立得:lnx0+a+1=0,即x 0=e?(a+1)代入(*)可得e-(a+1)+(a+1)-a2=0.
令t=-(a+1),则t∈(?2,
1
e ),h(t)=et-t-(t+1)2,
则h'(t)=et-2t-3,h''(t)=et-2,当 t∈(?2,
1
e )时,h″(t)<h″(
1
e )=e
1
e ?2<0
(∵e
1
e <e
1
2 <2).故h'(t)在t∈(?2,
1
e )上单调递减.
又h'(-2)=e-2+1>0,h'(
1
e )=e
1
e ?
2
e ?3<0.故h'(t)在t∈(?2,
1
e )上存在唯一零点t0.
即当t∈(-2,t0)时,h'(t)>0,h(t)单调递增.当t∈(t0,
1
e )时,h'(t)<0,h(t)单调递减.
因为h(-2)=e-2+1>0,h'(
1
e )=e
1
e ?
1
e2 ?
3
e ?1<0.
故h(t)在t∈(-2,t0)上无零点,在t∈(t0,
1
e )上有唯一零点.
由观察易得h(0)=0,故a+1=0,即:a=-1.
综上可得:存在唯一的a=-1使得f(x)在区间(
1
e ,+∞)上与x轴相切.
故f'(x)=(lnx+1+xlnx-1)ex=lnx(x+1)ex,
当x=1时:f'(x)=0,当x>1时:f'(x)>0,当x<1时:f'(x)<0.
故f(x)的减区间为:(0,1),增区间为(1,+∞).
(2)f'(x)=(lnx+xlnx+ax+a2)ex,
令g(x)=lnx+xlnx+ax+a2,
故g'(x)=
1
x +lnx+1+a,g“(x)=-
1
x2 +
1
x ,
显g''(1)=0,又当x<1时:g''(x)<0.当x>1时:g''(x)>0.
故g'(x)min=g'(1)=2+a,
∵a≥-2,∴g'(x)≥g'(x)min=2+a≥0.
故g(x)在区间(
1
e ,+∞)上单调递增,
注意到:当x→+∞时,g(x)→+∞,
故g(x)在(
1
e ,+∞)上的零点个数由g(
1
e )=(a-1)(a+1+
1
e )的符号决定.
①当g(
1
e )≥0,即:-2≤a≤?1?
1
e 或a≥1时:g(x)在区间(
1
e ,+∞)上无零点,
即f(x)无极值点.
②当g(
1
e )<0,即:-1-
1
e <a<1时:g(x)在区间(
1
e ,+∞)上有唯一零点,
即f(x)有唯一极值点.
综上:当2≤a≤?1?
1
e 或a≥1时:f(x)在(
1
e ,+∞)上无极值点.
当:-1-
1
e <a<1时:f(x)在(
1
e ,+∞)上有唯一极值点.
(3)假设存在a,使得f(x)在区间(
1
e ,+∞)上与x轴相切,则f(x)必与x轴相切于极值点处,
由(2)可知:-1-
1
e <a<1时.不妨设极值点为x0,则有:
f′(x0)=(lnx0+x0lnx0+ax0+a2)ex0=0
f(x0)=(x0lnx0+ax0+a2?a?1)ex0=0 …(*)同时成立.
联立得:lnx0+a+1=0,即x 0=e?(a+1)代入(*)可得e-(a+1)+(a+1)-a2=0.
令t=-(a+1),则t∈(?2,
1
e ),h(t)=et-t-(t+1)2,
则h'(t)=et-2t-3,h''(t)=et-2,当 t∈(?2,
1
e )时,h″(t)<h″(
1
e )=e
1
e ?2<0
(∵e
1
e <e
1
2 <2).故h'(t)在t∈(?2,
1
e )上单调递减.
又h'(-2)=e-2+1>0,h'(
1
e )=e
1
e ?
2
e ?3<0.故h'(t)在t∈(?2,
1
e )上存在唯一零点t0.
即当t∈(-2,t0)时,h'(t)>0,h(t)单调递增.当t∈(t0,
1
e )时,h'(t)<0,h(t)单调递减.
因为h(-2)=e-2+1>0,h'(
1
e )=e
1
e ?
1
e2 ?
3
e ?1<0.
故h(t)在t∈(-2,t0)上无零点,在t∈(t0,
1
e )上有唯一零点.
由观察易得h(0)=0,故a+1=0,即:a=-1.
综上可得:存在唯一的a=-1使得f(x)在区间(
1
e ,+∞)上与x轴相切.
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- 1楼网友:老鼠爱大米
- 2021-02-04 17:14
支持一下感觉挺不错的
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