设函数f(x)=(x2+ax+a)e-x,其中x∈R,a是实常数,e是自然对数的底.(1)确定a的值,使f(x)的极小值为0;(2)证明:当且仅当a=3时,f(x)的

发布时间:2020-07-31 17:41:48

设函数f(x)=(x2+ax+a)e-x,其中x∈R,a是实常数,e是自然对数的底.
(1)确定a的值,使f(x)的极小值为0;
(2)证明:当且仅当a=3时,f(x)的极大值为3;
(3)讨论关于x的方程f(x)+f'(x)=2xe-x+x-2(x≠0)的实数根的个数.

网友回答

解:(1)f'(x)=(2x+a)ex-(x2+ax+a)e-x=-e-x[x2+(a-2)x](2分)
令f'(x)=0解得x=0或x=2-a,
①当a=2时,f'(x)≤0,函数单调递减,此时无极值
②当0<2-a,即a<2时,f'(x)和f(x)的变化如图表1

此时应有f(0)=0,所以a=0<2;
③当0>2-a,即a>2时,f'(x)和f(x)的变化如图表2
此时应有f(2-a)=0,
即[(2-a)2+a(2-a)+a]ea-2=0,
而ea-2≠0,
所以必有(2-a)2+a(2-a)+a=0,a=4>2.
综上所述,当a=0或a=4时,f(x)的极小值为0.(5分)
(2)若a<2,则由表1可知,应有f(2-a)=3,
即[(2-a)2+a(2-a)+a]ea-2=3,
∴(4-a)ea+2=3.设g(a)=(4-a)ea-2,
则g'(a)=-ea-2+(4-a)ea-2=3=ea-2(3-a).
由a<2,故g'(x)>0,于是当a<2时,g(a)<g(2)=2<3,
即(4-a)ea-2=3不可能成立;
若a>2,则由表2可知,应有f(0)=3,即a=3,
综上所述,当且仅当a=3时极大值为3.(8分)
(3)∵f(x)=(x2+ax+a)e-x,f'(x)=-ex[x2+(a-2)x],
∴方程f(x)+f'(x)=2xe-x+x-2可以化为ae-x=x-2,
进而化为x-2ex=a,构造函数φ(x)=x-2ex(x≠0),求导可得φ'(x)=ex(x-2)x-3.
由φ'(x)>0得x<0或x>2;
由φ'(x)<0得0<x<2,从而φ(x)在区间(-∞,0)和(2,+∞)上单调递增,
在区间(0,2)上单调递减,当x=2时,函数φ(x)取得极小值,
并且结合函数图象可知;当|x|无限趋近于0时,φ(x)>0并且取值无限增大,其图象向上无限接近y轴,
但永远也达不到y轴(此时y轴是渐近线);
当x<0并无限减小时,φ(x)>0并且取值也无限减小,
其图象在x轴上方并向左无限接近x轴,
但永远也达不到x轴(此时x轴是渐近线);
当x>2并无限增大时,φ(x)>0并且取值也无限增大,
其图象在第一象限内向右上方无限延伸(如图所示).

因此当a≤0时,原方程无实数根;
当时,原方程只有一个实数根;
当时,原方程有两个不等的实数根;
当时,原方程有三个不等的实数根.

解析分析:对函数求导,整理可得f′(x)=e-x[x2+(a-2)x](1)令f′①(x)=0可得x1=0,x2=2-a,分别讨论2-a 与0的大小,从而判断函数的单调性,进一步求出函数的极小值,从而求a的值(2)结合(1)中函数单调性的两种情况的讨论,利用反证法分别假设a>2,a<2两种情况证明,产生矛盾.(3)把已知条件化简可得ae-x=x-2?a=ex?x-2,构造函数?(x)=x-2?ex(x≠0),利用导数判定函数的单调区间,结合函数的图象讨论根的个数.

点评:本小题考查用导数的方法研究函数的单调性、极值以及方程根的存在情况.解题中渗透了分类讨论、数形结合、方程与函数的思想及转化的思想,本题是一道综合性较强的试题,运用了许多重要的数学思想和方法,要注意体会掌握.
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