087. 已知函数$f\left( x \right)={{x}^{2}}{{e}^{-x}}$ 。
(1)求$f\left( x \right)$的极小值和极大值;
(2)当曲线$y=f\left( x \right)$的切线$l$的斜率为负数时,求$l$在$x$轴上截距的取值范围。
解:(1)$f\left( x \right)$∵的定义域R,且
$f'\left( x \right)=-\dfrac{x\left( x-2 \right)}{{{e}^{x}}}$,
令$f'\left( x \right)=0$,得$x=0$或$x=2$。
当$x$变化时,$f'\left( x \right)$与$f\left( x \right)$的变化情况如下表:
$x$ |
$\left( -\infty ,0 \right)$ |
$0$ |
$ (0,2)$ |
$2$ |
$\left( 2,+\infty \right)$ |
$f'\left( x \right)$ |
$-$ |
$0$ |
$+$ |
$0$ |
$-$ |
$f\left( x \right)$ |
↘ |
$0$ |
↗ |
$4e^{-2}$ |
↘ |
由上表知,$f\left( x \right)$的极小值为$f\left( 0 \right)=0$;$f\left( x \right)$的极大值为$f\left( 2 \right)=4{{e}^{-2}}$。
(2)设切点为$\left( t,f\left( t \right) \right)$,则$l$的方程为
$y=f'\left( t \right)\left( x-t \right)+f\left( t \right)$,
∴$l$在$x$轴上的截距为
$m\left( t \right)=t-\dfrac{f\left( t \right)}{f'\left( t \right)}=t-\dfrac{t}{t-2}$
$=\left( t-2 \right)+\dfrac{2}{t-2}+3$。
∵曲线$y=f\left( x \right)$的切线$l$的斜率为负数,
∴$f'\left( t \right)=-\dfrac{t\left( t-2 \right)}{{{e}^{t}}}<0$,得$t\in \left( -\infty ,0 \right)\bigcup \left( 2,+\infty \right)$。
①当$t\in \left( 2,+\infty \right)$时,$t-2>0$,则
$m\left( t \right)=\left( t-2 \right)+\dfrac{2}{t-2}+3\ge 2\sqrt{2}+3$,即
$m\left( t \right)\in \left( 2\sqrt{2}+3,+\infty \right)$。
②当$t\in \left( -\infty ,0 \right)$时,$m'\left( t \right)=1-\dfrac{2}{{{\left( t-2 \right)}^{2}}}>0$,
∴$m\left( t \right)$在$\left( -\infty ,0 \right)$上递增,则$m\left( t \right)\in \left( -\infty ,0 \right)$。
综上所述,直线$l$在$x$轴上截距的取值范围是
$\left( -\infty ,0 \right)\bigcup \left( 2\sqrt{2}+3,+\infty \right)$。