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2021年高考数学新高考Ⅱ-22

  2022-04-29 23:03:46  

22.(12分)已知函数f(x)=(x1)exax2+b
(Ⅰ)讨论f(x)的单调性;
(Ⅱ)从下面两个条件中选一个,证明:f(x)恰有一个零点.
12<ae22b>2a
0<a<12b2a
分析:(Ⅰ)对函数f(x)求导,对导数f(x)a00<a<12a=12a>12四种情况讨论,即可求解.(2)结合第一问单调性以及零点存在定理来证明f(x)有一个零点.
解:(Ⅰ)f'(x)=x(e^{x}-2a)
①当a\leqslant 0时,当x>0时,f'(x)>0,当x<0时,f'(x)<0
\therefore f(x)(-\infty ,0)上单调递减,在(0,+\infty )上单调递增,
②当a>0时,令f'(x)=0,可得x=0x=ln(2a)
(i)0<a<\dfrac{1}{2}时,
x>0x<ln(2a)时,f'(x)>0,当ln(2a)<x<0时,f'(x)<0
\therefore f(x)(-\inftyln(2a))(0,+\infty )上单调递增,在(ln(2a)0)上单调递减,
(ii)a=\dfrac{1}{2}时,
f'(x)=x(e^{x}-1)\geqslant 0 且等号不恒成立,\therefore f(x)R上单调递增,
(iii)a>\dfrac{1}{2}时,
x<0x>ln(2a)时,f'(x)>0,当0<x<ln(2a)时,f'(x)<0
f(x)(-\infty ,0)(ln(2a)+\infty )上单调递增,在(0ln(2a))上单调递减.
综上所述:
a\leqslant 0 时,f(x)(-\infty ,0)上单调递减;在(0,+\infty )上 单调递增;
0<a<\dfrac{1}{2} 时,f(x)(-\inftyln(2a))(0,+\infty )上单调递增;在(ln(2a)0)上单调递减;
a=\dfrac{1}{2} 时,f(x)R 上单调递增;
a>\dfrac{1}{2} 时,f(x)(-\infty ,0)(ln(2a)+\infty ) 上单调递增;在(0ln(2a)) 上单调递减.
(Ⅱ)证明:若选①,由 (Ⅰ)知,f(x)(-\infty ,0)上单调递增,(0ln(2a)) 单调递减,(ln(2a)+\infty )f(x) 单调递增.
注意到f(-\sqrt{\dfrac{b}{a}})=(-\sqrt{\dfrac{b}{a}}-1)e^{-\sqrt{\dfrac{b}{a}}}<0,f(0)=b-1>2a-1>0
\therefore f(x)(-\sqrt{\dfrac{b}{a}},0] 上有一个零点;
f(ln(2a))=(ln(2a)-1)\cdot 2a-a\cdot ln^{2}2a+b>2aln(2a)-2a-aln^{2}2a+2a=aln(2a)(2-ln(2a))
\dfrac{1}{2}<a\leqslant \dfrac{e^{2}}{2}0<ln(2a)\leqslant 2\therefore aln(2a)(2-ln(2a))\geqslant 0
\therefore f(ln(2a))>0,当x\geqslant 0 时,f(x)\geqslant f(ln(2a))>0,此时f(x) 无零点.
综上:f(x)R 上仅有一个零点.
若选②,则由(Ⅰ)知:f(x)(-\inftyln(2a)) 上单调递增,在(ln(2a)0)上单调递减,在(0,+\infty ) 上单调递增.
f(ln(2a))=(ln(2a)-1)2a-aln^{2}2a+b\leqslant 2aln(2a)-2a-aln^{2}2a+2a=aln(2a)(2-ln(2a))
\because0<a<\dfrac{1}{2}\therefore ln(2a)<0\therefore aln(2a)(2-ln(2a))<0\therefore f(ln(2a))<0
\thereforex\leqslant 0 时,f(x)\leqslant f(ln(2a))<0,此时f(x) 无零点.
x>0 时,f(x) 单调递增,注意到f(0)=b-1\leqslant 2a-1<0
c=\sqrt{2(1-b)+2}\because b<2a<1\thereforec>\sqrt{2}>1,又易证e^{c}>c+1
\thereforef(c)=(c-1)e^{c}-ac^{2}+b>(c-1)(c+1)-ac^{2}+b=(1-a)c^{2}+b-1>\dfrac{1}{2}c^{2}+b-1=1-b+1+b-1=1>0
\therefore f(x)(0,c)上有唯一零点,即f(x)(0,+\infty )上有唯一零点.
综上:f(x)R 上有唯一零点.
点评:本题考查利用导数研究函数的单调性和零点,考查分类讨论的数学思想,考查数学运算和数学抽象的核心素养,属于难题.

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