| 6.2.1 导数与函数的单调性 题目答案及解析

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选择性必修三

第六章 导数及其应用

6.2 利用导数研究函数的性质

6.2.1 导数与函数的单调性

已知函数$f\left(x\right)={\rm e}^{x}[ax^{2}-\left(3a+1\right)x+3a+2]$.
$(1)$$a=2$时,求函数$f\left(x\right)$的极值;
$(2)$$a \lt 1$时,讨论函数$f\left(x\right)$的单调性.

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(1) 极大值为\\(f(\\dfrac{1}{2}) = 5\\sqrt{e}\\),极小值为\\(f(1) = 3e\\)

(2) 答案见解析

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$(1)$因为函数$f\left(x\right)={\rm e}^{x}[ax^{2}-\left(3a+1\right)x+3a+2]$
$a=2$时,$f\left(x\right)={\rm e}^{x}(2x^{2}-7x+8)$,则${f}'\left(x\right)=2{{\rm e}}^{x}(x-\dfrac{1}{2})(x-1)$
${f}'\left(x\right)=0$,解得$x=\dfrac{1}{2}$$x=1$
$x \lt \dfrac{1}{2}$时,${f}'\left(x\right) \gt 0$,则$f\left(x\right)$单调递增,
$\dfrac{1}{2} \lt x \lt 1$时,${f}'\left(x\right) \lt 0$,则$g\left(x\right)$单调递减,
$x \gt 1$时,${f}'\left(x\right) \gt 0$,则$g\left(x\right)$单调递增,
所以当$x=\dfrac{1}{2}$时,函数$f\left(x\right)$取得极大值$f(\dfrac{1}{2})=5\sqrt{{\rm e}}$
$x=1$时,函数$f\left(x\right)$取得极小值$f(1)=3e$
$(2){f}'\left(x\right)={\rm e}^{x}(ax-1)\left(x-1\right)$
①当$a=0$时,由${f}'\left(x\right)={\rm e}^{x}(1-x)=0$,可得$x=1$
$x \lt 1$时,${f}'\left(x\right) \gt 0$,当$x \gt 1$时,${f}'\left(x\right) \lt 0$
所以$f\left(x\right)$$\left(-\infty ,1\right)$上单调递增,在$\left(1,+\infty \right)$上单调递减;
②当$a \lt 0$时,由${f}'\left(x\right)=a{{\rm e}}^{x}(x-\dfrac{1}{a})(x-1)$,则$\dfrac{1}{a}\lt 1$
${f}'\left(x\right)=0$,则$x=\dfrac{1}{a}$$x=1$
$x \lt \dfrac{1}{a}$$x \gt 1$时,${f}'\left(x\right) \lt 0$,当$\dfrac{1}{a} \lt x \lt 1$时,${f}'\left(x\right) \gt 0$
所以$f\left(x\right)$$(-\infty $$\dfrac{1}{a}$)和$\left(1,+\infty \right)$上单调递减,在($\dfrac{1}{a}$$1)$上单调递增;
③当$0 \lt a \lt 1$时,由${f}'\left(x\right)=a{{\rm e}}^{x}(x-\dfrac{1}{a})(x-1)$,则$\dfrac{1}{a}\gt 1$
${f}'\left(x\right)=0$,则$x=\dfrac{1}{a}$$x=1$
$x \lt 1$$x \gt \dfrac{1}{a}$时,${f}'\left(x\right) \gt 0$,当$1 \lt x \lt \dfrac{1}{a}$时,${f}'\left(x\right) \lt 0$
所以$f\left(x\right)$$\left(-\infty ,1\right)$和($\dfrac{1}{a}$$+\infty )$上单调递增,在$(1$$\dfrac{1}{a})$上单调递减.
综上所述,当$a \lt 0$时,$f\left(x\right)$$(-\infty $$\dfrac{1}{a}$)和$\left(1,+\infty \right)$上单调递减,在($\dfrac{1}{a}$$1)$上单调递增;
$a=0$时,$f\left(x\right)$$\left(-\infty ,1\right)$上单调递增,在$\left(1,+\infty \right)$上单调递减;
$0 \lt a \lt 1$时,$f\left(x\right)$$\left(-\infty ,1\right)$和($\dfrac{1}{a}$$+\infty )$上单调递增,在$(1$$\dfrac{1}{a})$上单调递减.

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