| 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$f\left(x\right)=xe^{x}-ax\left(a\in \bf R\right)$.
$(1)$$a=1$时,求在点$\left(0,f(0)\right)$处的切线方程;
$(2)$$y=f\left(x\right)$$R$上是增函数,求实数$a$的取值范围;
$(3)$判断当$a\geqslant 0$时,是否存在三个实数$x_{1} \lt x_{2} \lt x_{3}$,满足$f(x_{1})=f(x_{2})=f(x_{3})$,并说明理由.

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$(1) y = 0$;

$(2) ({-∞,-\\dfrac{1}{{\\rm e}^2}}]$

$(3)$ 不存在三个实数$x_{1} \\lt x_{2} \\lt x_{3}$,满足$f(x_{1})=f(x_{2})=f(x_{3})$,理由见解析

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$(1)$$a=1$时,$f\left(x\right)=xe^{x}-x$,定义域为$\bf R$
所以${f}'\left(x\right)=\left(x+1\right){\rm e}^{x}-1$,所以${f}'(0)=0$
$f(0)=0$,所以在点$\left(0,f(0)\right)$处的切线方程为$y=0$.
$(2)$因为$f\left(x\right)=xe^{x}-ax$,所以${f}'\left(x\right)=\left(x+1\right){\rm e}^{x}-a$
$y=f\left(x\right)$$R$上是增函数,则${f}'\left(x\right)\geqslant 0$恒成立,
$g\left(x\right)={f}'\left(x\right)=\left(x+1\right){\rm e}^{x}-a$,则原问题等价于$g\left(x\right)\geqslant 0$恒成立,
${g}'\left(x\right)=\left(x+2\right){\rm e}^{x}$
${g}'\left(x\right)=0$,则$x=-2$
$x\in \left(-\infty ,-2\right)$时,${g}'\left(x\right) \lt 0$,即$g\left(x\right)$$\left(-\infty ,-2\right)$上单调递减;
$x\in \left(-2,+\infty \right)$时,${g}'\left(x\right) \gt 0$,即$g\left(x\right)$$\left(-2,+\infty \right)$上单调递增,
所以$g{(x)_{min}}=g({-2})=-\dfrac{1}{{{{\rm e}^2}}}-a\geqslant 0$,解得$a≤-\dfrac{1}{{{{\rm e}^2}}}$
故实数$a$的取值范围是$({-∞,-\dfrac{1}{{{{\rm e}^2}}}}]$.
$(3)$$(2)$知,$g\left(x\right)$在区间$\left(-2,+\infty \right)$上单调递增,
$a\geqslant 0$时,因为$g\left(-2\right)=-\dfrac{1}{{{\rm e}}^{2}}-a \lt 0$$g\left(a\right)=\left(a+1\right){\rm e}^{a}-a \gt \left(a+1\right)-a=1 \gt 0$
所以存在唯一的$x_{0}\in \left(-2,a\right)$,使得$g(x_{0})=0$
所以当$-2 \lt x \lt x_{0}$时,$g\left(x\right) \lt 0$,即${f}'\left(x\right) \lt 0$;当$x \gt x_{0}$时,$g\left(x\right) \gt 0$,即${f}'\left(x\right) \gt 0$
而当$x\leqslant -2$时,$g\left(x\right)=\left(x+1\right){\rm e}^{x}-a \lt -a\leqslant 0$,即${f}'\left(x\right)\leqslant 0$
所以$f\left(x\right)$$(-\infty $$x_{0})$上单调递减,在$(x_{0}$$+\infty )$上单调递增,
故至多存在两个实数$x_{1} \lt x_{2}$,满足$f(x_{1})=f(x_{2})$
即不存在三个实数$x_{1} \lt x_{2} \lt x_{3}$,满足$f(x_{1})=f(x_{2})=f(x_{3})$.

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