已知函数f(x)=axexf(x)= \dfrac {ax}{e^{x}}在x=0x=0处的切线方程为y=xy=x. (1)求aa的值; (2)若对任意的x∈(0,2)x∈(0,2),都有1f(x)>k+2x−x2 \dfrac {1}{f(x)} > k+2x-x^{2}成立,求kk的取值范围; (3)若函数g(x)=ln⁡f(x)−bg(x)=\ln f(x)-b的两个零点为x1x_{1},x2x_{2},试判断g′(x1+x22)g′( \dfrac {x_{1}+x_{2}}{2})的正负,并说明理由.

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

(1)

1. 对 $f(x)$ 求导

由题意,f(x)=axex=axe−xf(x) = \dfrac{ax}{e^x} = ax e^{-x},对 f(x)f(x) 求导得:
f′(x)=ae−x−axe−x=a(1−x)e−xf'(x) = a e^{-x} - ax e^{-x} = a(1-x) e^{-x}

2. 利用切线方程求 $a$ 的值

曲线 y=f(x)y = f(x) 在 x=0x=0 处的切线方程为 y=xy = x,其斜率为 11。
由切线的几何意义可知 f′(0)=1f'(0) = 1。
将 x=0x=0 代入 f′(x)f'(x) 得:
f′(0)=a(1−0)e0=af'(0) = a(1-0)e^0 = a
因此 a=1a = 1。

答案

a=1a = 1

(2)

1. 分离参数 $k$,转化不等式

由 (1) 知 a=1a=1,故 f(x)=xexf(x) = \dfrac{x}{e^x}。
当 x∈(0,2)x \in (0,2) 时,1f(x)=exx\dfrac{1}{f(x)} = \dfrac{e^x}{x}。
不等式 1f(x)>k+2x−x2\dfrac{1}{f(x)} > k + 2x - x^2 变形为:
k<exx+x2−2xk < \dfrac{e^x}{x} + x^2 - 2x
设 h(x)=exx+x2−2xh(x) = \dfrac{e^x}{x} + x^2 - 2x,则只需 k<h(x)min⁡k < h(x)_{\min}(x∈(0,2)x \in (0,2))。

2. 对构造的函数求导并分析单调性

对 h(x)h(x) 求导:
h′(x)=ex⋅x−ex⋅1x2+2x−2=ex(x−1)x2+2(x−1)=(x−1)(exx2+2)h'(x) = \dfrac{e^x \cdot x - e^x \cdot 1}{x^2} + 2x - 2 = \dfrac{e^x(x-1)}{x^2} + 2(x-1) = (x-1)\left(\dfrac{e^x}{x^2} + 2\right)
当 x∈(0,2)x \in (0,2) 时,exx2+2>0\dfrac{e^x}{x^2} + 2 > 0 恒成立。

  • 当 x∈(0,1)x \in (0,1) 时,x−1<0x-1 < 0,则 h′(x)<0h'(x) < 0,h(x)h(x) 单调递减;
  • 当 x∈(1,2)x \in (1,2) 时,x−1>0x-1 > 0,则 h′(x)>0h'(x) > 0,h(x)h(x) 单调递增。

3. 求最值并确定 $k$ 的取值范围

因此,函数 h(x)h(x) 在 x∈(0,2)x \in (0,2) 上的最小值为:
h(1)=e11+12−2(1)=e−1h(1) = \dfrac{e^1}{1} + 1^2 - 2(1) = e - 1
要使 k<h(x)k < h(x) 对任意 x∈(0,2)x \in (0,2) 恒成立,需满足 k<h(1)=e−1k < h(1) = e - 1。
故 kk 的取值范围是 k<e−1k < e - 1。

答案

k<e−1k < e - 1

(3)

1. 写出 $g(x)$ 的解析式与导函数,分析单调性

由题意,g(x)=ln⁡f(x)−b=ln⁡(xex)−b=ln⁡x−x−bg(x) = \ln f(x) - b = \ln\left(\dfrac{x}{e^x}\right) - b = \ln x - x - b,定义域为 (0,+∞)(0,+\infty)。
求导得 g′(x)=1x−1g'(x) = \dfrac{1}{x} - 1。
当 x∈(0,1)x \in (0,1) 时,g′(x)>0g'(x) > 0,g(x)g(x) 单调递增;
当 x∈(1,+∞)x \in (1,+\infty) 时,g′(x)<0g'(x) < 0,g(x)g(x) 单调递减。
因此 x=1x=1 为 g(x)g(x) 的极大值点。
由于 g(x)g(x) 有两个零点 x1,x2x_1, x_2,不妨设 0<x1<1<x20 < x_1 < 1 < x_2。

2. 构造辅助函数比较 $g(x_1)$ 与 $g(2-x_1)$

构造辅助函数 F(x)=g(x)−g(2−x)F(x) = g(x) - g(2-x),其中 x∈(0,1)x \in (0,1)。
F(x)=(ln⁡x−x−b)−[ln⁡(2−x)−(2−x)−b]=ln⁡x−ln⁡(2−x)−2x+2F(x) = (\ln x - x - b) - [\ln(2-x) - (2-x) - b] = \ln x - \ln(2-x) - 2x + 2
求导得:
F′(x)=1x−−12−x−2=1x+12−x−2=2x(2−x)−2=2(x−1)2x(2−x)F'(x) = \dfrac{1}{x} - \dfrac{-1}{2-x} - 2 = \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{2-x} - 2 = \dfrac{2}{x(2-x)} - 2 = \dfrac{2(x-1)^2}{x(2-x)}
因为 x∈(0,1)x \in (0,1),所以 x(2−x)>0x(2-x) > 0,(x−1)2>0(x-1)^2 > 0,故 F′(x)>0F'(x) > 0。
所以 F(x)F(x) 在 (0,1)(0,1) 上单调递增。

3. 推导得出 $\dfrac{x_1+x_2}{2} > 1$

因为 x1∈(0,1)x_1 \in (0,1),且 F(x)F(x) 在 (0,1)(0,1) 上单调递增,所以:
F(x1)<F(1)=ln⁡1−ln⁡1−2(1)+2=0F(x_1) < F(1) = \ln 1 - \ln 1 - 2(1) + 2 = 0
即 g(x1)−g(2−x1)<0  ⟹  g(x1)<g(2−x1)g(x_1) - g(2-x_1) < 0 \implies g(x_1) < g(2-x_1)。
又因为 g(x1)=g(x2)=0g(x_1) = g(x_2) = 0,代入得 g(x2)<g(2−x1)g(x_2) < g(2-x_1)。
因为 x1∈(0,1)x_1 \in (0,1),所以 2−x1∈(1,2)2-x_1 \in (1,2),又有 x2∈(1,+∞)x_2 \in (1,+\infty)。
已知 g(x)g(x) 在 (1,+∞)(1,+\infty) 上单调递减,由 g(x2)<g(2−x1)g(x_2) < g(2-x_1) 可得:
x2>2−x1  ⟹  x1+x2>2  ⟹  x1+x22>1x_2 > 2 - x_1 \implies x_1 + x_2 > 2 \implies \dfrac{x_1 + x_2}{2} > 1

4. 判断 $g'\left(\dfrac{x_1+x_2}{2}\right)$ 的正负

因为 x1+x22>1\dfrac{x_1+x_2}{2} > 1,且 g′(x)=1x−1g'(x) = \dfrac{1}{x} - 1 在 (1,+∞)(1,+\infty) 上恒有 g′(x)<0g'(x) < 0。
代入 x=x1+x22x = \dfrac{x_1+x_2}{2} 得:
g′(x1+x22)=1x1+x22−1=2x1+x2−1<0g'\left(\dfrac{x_1+x_2}{2}\right) = \dfrac{1}{\dfrac{x_1+x_2}{2}} - 1 = \dfrac{2}{x_1+x_2} - 1 < 0
所以 g′(x1+x22)g'\left(\dfrac{x_1+x_2}{2}\right) 为负。

答案

g′(x1+x22)<0g'\left(\dfrac{x_1+x_2}{2}\right) < 0(即正负为负)

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知一条曲线的方程为 y=2x−33x+4y = \frac{2x - 3}{3x + 4},其中 x≠−43x \ne -\frac{4}{3}。 曲线在点 PP(其中 x>0x > 0)处的法线平行于直线 y=−2517x+2y = -\frac{25}{17}x + 2。…
  2. 2曲线 y=2tan⁡3x−1y = 2\tan 3x - 1 在点 P(π3,−1)P\left(\frac{\pi}{3}, -1\right) 处的法线交 yy 轴于点 AA,交 xx 轴于点 BB。求三角形 AOBAOB 的精确面积。
  3. 3点 PP 在曲线 y=ln⁡(x+1x−1)y = \ln\left(\frac{x+1}{x-1}\right)(x>1x > 1)上。该曲线在点 PP 处的法线平行于直线 2y=3x+22y = 3x + 2。曲线在点 PP 处的切线交 yy 轴于点 QQ。求…
  4. 4图中显示了曲线 y=g(x)y = g(x) 的一部分。(2,8)(2, 8) 和 (6,1)(6, 1) 是曲线上的两个点。 已知 ∫26y dx=32\int_{2}^{6} y \text{ } dx = 32,求 ∫18x dy\int_{1}^{8} x \text{ } dy…
  5. 5图示为曲线 y=3e−12x−6y = 3e^{-\frac{1}{2}x} - 6 的一部分,该曲线与 xx 轴相交于点 PP,与 yy 轴相交于点 QQ。曲线在点 QQ 处的法线与 xx 轴交于点 RR。求 法线的方程, 阴影区域的面积。