内容正文:
专题七 函数与导数
规范答题系列六 函数与导数类解答题
第二编 突破主干知识专题
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本课结束
(2022·烟台三模)(12分)已知函数f(x)=aex-ln (x+1)(a∈R).
(1)证明:当a>0时,函数f(x)存在唯一的极值点;
解题思路 (1)先求函数f(x)的导函数f′(x)并整理,再构造与f′(x)符号变化规律相同的新函数g(x),分析g(x)的单调性和函数值符号的变化规律,依据极值点的定义说明函数f(x)存在唯一的极值点.
解 (1)证明:函数f(x)的定义域为(-1,+∞),
f′(x)=aex- eq \f(1,x+1)= eq \f(a(x+1)ex-1,x+1).(1分)
令g(x)=a(x+1)ex-1(x>-1),则g′(x)=aex(x+2),
因为x>-1,所以ex>0,x+2>0,
当a>0时,g′(x)>0在(-1,+∞)上恒成立,
所以函数g(x)在(-1,+∞)上单调递增,(2分)
又g(-1)=-1<0,当x→+∞时,g(x)→+∞,
所以存在唯一的x0∈(-1,+∞),使得g(x0)=0,(3分)
当x∈(-1,x0)时,g(x)<0,即f′(x)<0,
所以函数f(x)在(-1,x0)上单调递减,
当x∈(x0,+∞)时,g(x)>0,即f′(x)>0,
所以函数f(x)在(x0,+∞)上单调递增.
所以函数f(x)存在唯一的极值点.(5分)
(2)若不等式f(x)≥cos (a-1)恒成立,求a的取值范围.
解题思路 (2)构造φ(x)=aex-ln (x+1)-cos (a-1),转化为φ(x)≥0恒成立,由当x=0时,φ(0)≥0恒成立探求不等式恒成立的必要条件(a的取值范围),再证明此条件的充分性,进而求出a的取值范围.
解 (2)不等式f(x)≥cos (a-1)恒成立,
即φ(x)=aex-ln (x+1)-cos (a-1)≥0在(-1,+∞)上恒成立.
所以当x=0时,φ(0)=a-cos (a-1)≥0恒成立,
令h(a)=a-cos (a-1),a∈R,所以h′(a)=1+sin (a-1)≥0,
所以h(a)在(-∞,+∞)上单调递增,又h(1)=1-cos (1-1)=0,
由a-cos (a-1)≥0得h(a)≥h(1),则有a≥1.(6分)
令m(x)=ex-x-1,则m′(x)=ex-1,
当x>0时,m′(x)>0,m(x)单调递增;当x<0时,m′(x)<0,m(x)单调递减,则m(x)=ex-x-1在x=0时取得最小值m(0)=e0-0-1=0,
则ex≥x+1(当且仅当x=0时取等号).(7分)
令n(x)=x-ln (x+1)(x>-1),则n′(x)=1- eq \f(1,x+1)= eq \f(x,x+1),
当x>0时,n′(x)>0,n(x)单调递增;当-1<x<0时,n′(x)<0,n(x)单调递减,则n(x)=x-ln (x+1)(x>-1)在x=0时取得最小值n(0)=0-ln (0+1)=0,则x≥ln (x+1)(当且仅当x=0时取等号).(8分)
因为φ′(x)=aex- eq \f(1,x+1),
当a=1时,φ(x)=ex-ln (x+1)-1≥(x+1)-1-ln (x+1)=x-ln (x+1)≥0(当且仅当x=0时取等号).(9分)
令k(x)=aex- eq \f(1,x+1),x∈(-1,+∞),当a>1时,k′(x)=aex+ eq \f(1,(x+1)2)>0,
所以k(x)即φ′(x)在(-1,+∞)上单调递增,
且φ′(0)=a-1>0,φ′ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,a)-1))=ae,a) eq \s\up15(-1)
-a<a-a=0,
所以存在x1∈(-1,0),使φ′