| 5.3.1 函数的单调性 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选择性必修二

第五章 一元函数的导数及其应用

5.3 导数在研究函数中的应用

5.3.1 函数的单调性

已知函数$f(x)=\dfrac{a{{x}^{2}}-1}{{{\text{e}}^{x}}}$

$(1)$若函数${{f}({x})}$单调递增,求实数$a$的取值范围;

$(2)$若函数$g(x)=(f(x)+1){{\text{e}}^{x}}$只有一个极值点,求实数$a$的取值范围.

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$(1)$$\\left\\{ a\\left| -1\\le a\\le 0 \\right. \\right\\}$

$(2)$$\\left\\{ a\\left| a\\gt 0 \\right. \\right\\}$

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$(1)$根据题意,$f(x)=\dfrac{a{{x}^{2}}-1}{{{\text{e}}^{x}}}$$x\in \mathbf{R}$,则${f}'(x)=\dfrac{-a{{x}^{2}}+2ax+1}{{{\text{e}}^{x}}}$

若函数${{f}({x})}$单调递增,等价于${f}'(x)\ge 0$对任意$x\in \mathbf{R}$恒成立,

$-a{{x}^{2}}+2ax+1\ge 0$,即$a{{x}^{2}}-2ax-1\le 0$

$a=0$时,$-1\lt 0$,符合题意;

$a\ne 0$时,可得$\begin{cases} a\lt 0 \\ \varDelta=4{{a}^{2}}+4a\le 0 \\ \end{cases}$,解得$-1\le a\lt 0$

综上所述:$a$的取值范围为$\left\{ a\left| -1\le a\le 0 \right. \right\}$$.$

$(2)$依题意,$g(x)=(f(x)+1){{\text{e}}^{x}}=a{{x}^{2}}-1+{{\text{e}}^{x}}$,则${g}'\left( x \right)=2ax+{{\text{e}}^{x}}$只有一个变号零点,

显然$x=0$不是${g}'\left( x \right)$的零点,

$\therefore 2ax+{{\text{e}}^{x}}=0\Leftrightarrow -2a=\dfrac{{{\text{e}}^{x}}}{x}$有一个变号交点,

$h\left( x \right)=\dfrac{{{\text{e}}^{x}}}{x}\Leftrightarrow {h}'\left( x \right)=\dfrac{{{\text{e}}^{x}}x-{{\text{e}}^{x}}}{{{x}^{2}}}=\dfrac{{{\text{e}}^{x}}}{{{x}^{2}}}\left( x-1 \right)$

可知函数$h(x)$$(-\infty,0)$$(0,1)$分别单调递减,在$(1,+\infty )$上单调递增,

$h(1)=\text{e}$,且当$x\to {{0}^{+}}$$+\infty $时,$h(x)\to +\infty $,当$x\to {{0}^{-}}$时,$h(x)\rightarrow -\infty$,当$x\to -\infty $时,$h(x) \rightarrow 0$

如图象所示,

可得:$-2a\lt 0\Leftrightarrow a\gt 0$

$\therefore $ $a$的取值范围为$\left\{ a\left| a\gt 0 \right. \right\}$$.$

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