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已知函数f(x)= a x +x+(a-1)lnx+15a,其中a<0,且a≠1(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调性;(

答案:2  悬赏:20  手机版
解决时间 2021-03-09 20:51
已知函数f(x)= a x +x+(a-1)lnx+15a,其中a<0,且a≠1(Ⅰ)讨论函数f(x)的单调性;(Ⅱ)设函数g(x)= (-2 x 3 +3a x 2 +6ax-4 a 2 -6a) e x (x≤1) e?f(x) (x>1) (e是自然对数的底数),是否存在a,使g(x)在[a,-a]上是减函数?若存在,求a的取值范围;若不存在,请说明理由.
最佳答案
(1)f(x)的定义域为(0,+∞).f′(x)=-
a
x 2 +1+
a-1
x =
(x+a)(x-1)
x 2 ,
①若-1<a<0,则当0<x<-a时,f′(x)>0;当-a<x<1时,f′(x)<0;当x>1时,f′(x)>0.故f(x)分别在(0,-a),(1,+∞)上单调递增,在(-a,1)上单调递减.
②若a<-1,仿①可得f(x)分别在(0,1),(-a,+∞)上单调递增,在(1,-a)上单调递减;
(2)存在a,使g(x)在[a,-a]上为减函数.事实上,设h(x)=(-2x 3 +3ax 2 +6ax-4a 2 -6a)e x (x∈R),则h′(x)=[-2x 3 +3(a-2)x 2 +12ax-4a 2 ]e x
再设m(x)=-2x 3 +3(a-2)x 2 +12ax-4a 2 (x∈R),
则g(x)在[a,-a]上单调递减时,h(x)必在[a,0]上单调递减所以h′(a)≤0,由于e x >0,
因此g(x)在[a,-a]上为减函数,当且仅当f(x)在[1,-a]上为减函数,h(x)在[a,1]上为减函数,且h(1)≥e?f(1).由(1)知,当a≤-2①时,f(x)在[1,-a]上为减函数.又h(1)≥e?f(1)?4a 2 +13a+3≤0?-3≤a≤-
1
4 ②
不难知道,?x∈[a,1],h′(x)≤0??x∈[a,1],m(x)≤0,因m′(x)=-6x 2 +6(a-2)x+12a=-6(x+2)(x-a),令m′(x)=0,则x=a,或x=-2.而a≤-2,于是
(p)当a<-2时,若a<x<-2,则m′(x)>0;若-2<x<1,则m′(x)<0.因而m(x)在(a,-2)上单调递增,在
(-2,1)上单调递减.
(q)当a=-2时,m′(x)≤0,m(x)在(-2,1)上单调递减.
综合(p)(q)知,当a≤-2时,m(x)在[a,1]上的最大值为m(-2)=-4a 2 -12a-8.所以?x∈[a,1],m(x)≤0
?m(-2)≤0?-4a 2 -12a-8≤0?a≤-2③,
又对x∈[a,1],m(x)=0只有当a=-2时在x=-2取得,亦即h′(x)=0只有当a=-2时在x=-2取得.因此,当a≤-2时,h(x)在[a,1]上为减函数.
从而有①,②,③知,-3≤a≤-2
综上所述,存在a,使g(x)在[a,-a]上为减函数,且a的取值范围为[-3,-2].
全部回答
解:(ⅰ)f(x)的定义域为(0,+∞), , (1)若-1<a<0,则当0<x<-a时,f′(x)>0; 当-a<x<1时,f′(x)<0; 当x>1时,f′(x)>0, 故f(x)分别在(0,-a),(1,+∞)上单调递增,在(-a,1)上单调递减; (2)若a<-1,仿(1)可得f(x)分别在(0,1),(-a,+∞)上单调递增,在(1,-a)上单调递减; (ⅱ)存在a,使g(x)在[a,-a]上为减函数, 事实上,设h(x)=(-2x 3 +3ax 2 +6ax-4a 2 -6a)e x (x∈r), 则h′(x)=[-2x 3 +3(a-2)x 2 +12ax-4a 2 ]e x , 再设m(x)=-2x 3 +3(a-2)x 2 +12ax-4a 2 (x∈r), 则当g(x)在[a,-a]上单调递减时,h(x)必在[a,0]上单调递减,所以h′(a)≤0, 由于e x >0,因此m(a)≤0, 而m(a)=a 2 (a+2),所以a≤-2, 此时,显然有g(x)在[a,-a]上为减函数,当且仅当f(x)在[1,-a]上为减函数,h(x)在[a,1]上为减函数,且h(1)≥e·f(1), 由(ⅰ)知,当a≤-2时,f(x)在[1,-a]上为减函数, ① 又 ,② 不难知道, , 因m′(x)=-6x 2 +6(a-2)x+12a=-6(x+2)(x-a), 令 m′(x)=0,则x=a,或x=-2,而a≤-2,于是 (1)当a<-2时,若a<x<-2,则m′(x)>0; 若-2<x<1,则m′(x)<0, 因而m(x)在(a,-2)上单调递增,在(-2,1)上单调递减; (2)当a=-2时;m′(x)≤0,m(x)在(-2,1)上单调递减; 综合(1)、(2)知,当a≤-2时,m(x)在[a,1]上的最大值为m(-2)=-4a 2 -12a-8, 所以, ,③ 又对x∈[a,1],m(x)=0只有当a=-2时在x=-2取得, 亦即h′(x)=0只有当a=-2时在x=-2取得. 因此,当a≤-2时,h(x)在[a,1]上为减函数, 从而由①,②, ③知,-3≤a≤-2; 综上所述,存在a,使g(x)在[a,-a]上为减函数,且a的取值范围为[-3,-2].
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