2021年高考数学天津20 |
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2022-05-03 08:26:47 |
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20.(16分)已知$a>0$,函数$f(x)=ax-xe^{x}$. (1)求曲线$f(x)$在点$(0$,$f(0))$处的切线方程; (2)证明函数$f(x)$存在唯一的极值点; (3)若$\exists a$,使得$f(x)\leqslant a+b$对任意的$x\in R$恒成立,求实数$b$的取值范围. 分析:(1)先求导函数,然后根据导数的几何意义求出切线的斜率,最后利用点斜式表示出切线即可; (2)令$f'(x)=0$,将$a$分离,然后利用导数研究另一侧函数的单调性,画出图象,可知当$a>0$时,$y=a$与$y=g(x)$仅有一个交点,然后判定在交点处左右导数符号,从而可得结论; (3)由(2)知$f(x)_{max}=f(m)$,此时$a=(1+m)e^{m}$,$(m>-1)$,所以$\{f(x)-a\}_{max}=(m^{2}-m-1)e^{m}(m>-1)$,构造$h(x)=(x^{2}-x-1)e^{x}(x>-1)$,若存在$a$,使$f(x)\leqslant a+b$对任意的$x\in R$恒成立,则等价于存在$x\in (-1,+\infty )$,使得$h(x)\leqslant b$,即$b\geqslant h(x)_{min}$,最后利用导数研究其最值,即可求出所求. (1)解:因为$f'(x)=a-(x+1)e^{x}$,所以$f'(0)=a-1$,而$f(0)=0$, 所以在$(0$,$f(0))$处的切线方程为$y=(a-1)x(a>0)$; (2)证明:令$f'(x)=a-(x+1)e^{x}=0$,则$a=(x+1)e^{x}$, 令$g(x)=(x+1)e^{x}$,则$g'(x)=(x+2)e^{x}$,令$g'(x)=0$,解得$x=-2$, 当$x\in (-\infty ,-2)$时,$g'(x)<0$,$g(x)$单调递减, 当$x\in (-2,+\infty )$时,$g'(x)>0$,$g(x)$单调递增, 当$x\rightarrow -\infty$时,$g(x)<0$,当$x\rightarrow +\infty$时,$g(x)>0$, 作出图象
所以当$a>0$时,$y=a$与$y=g(x)$仅有一个交点,令$g(m)=a$, 则$m>-1$,且$f(m)=a-g(m)=0$, 当$x\in (-\infty ,m)$时,$a>g(m)$,$f'(x)>0$,$f(x)$为增函数; 当$x\in (m,+\infty )$时,$a<g(m)$,$f'(x)<0$,$f(x)$为减函数; 所以$x=m$时$f(x)$的极大值点,故$f(x)$仅有一个极值点; (3)解:由(2)知$f(x)_{max}=f(m)$, 此时$a=(1+m)e^{m}$,$(m>-1)$, 所以$\{f(x)-a\}_{max}=f(m)-a=(1+m)e^{m}-m-me^{m}-(1+m)e^{m}=(m^{2}-m-1)e^{m}(m>-1)$, 令$h(x)=(x^{2}-x-1)e^{x}(x>-1)$, 若存在$a$,使$f(x)\leqslant a+b$对任意的$x\in R$恒成立, 则等价于存在$x\in (-1,+\infty )$,使得$h(x)\leqslant b$,即$b\geqslant h(x)_{min}$, 而$h'(x)=(x^{2}+x-2)e^{x}=(x-1)(x+2)e^{x}$,$(x>-1)$, 当$x\in (-1,1)$时,$h'(x)<0$,$h(x)$为单调减函数, 当$x\in (1,+\infty )$时,$h'(x)>0$,$h(x)$为单调增函数, 所以$h(x)_{min}=h$(1)$=-e$,故$b\geqslant -e$, 所以实数$b$的取值范围$[-e$,$+\infty )$. 点评:本题主要考查了利用导数研究函数在某点处的切线,以及利用导数研究极值与最值,同时考查了转化能力和运算求解的能力,属于中档题.
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