2022年高考数学乙卷-文20 |
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2022-12-16 17:38:06 |
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(12分)已知函数f(x)=ax−1x−(a+1)lnx. (1)当a=0时,求f(x)的最大值; (2)若f(x)恰有一个零点,求a的取值范围. 分析:(1)将a=0代入,对函数f(x)求导,判断其单调性,由此可得最大值; (2)对函数f(x)求导,分a=0,a<0,0<a<1,a=1及a>1讨论即可得出结论. 解:(1)当a=0时,f(x)=−1x−lnx(x>0),则f′(x)=1x2−1x=1−xx2, 易知函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减, ∴f(x)在x=1处取得极大值,同时也是最大值, ∴函数f(x)的最大值为f(1)=−1; (2)f′(x)=a+1x2−a+1x=ax2−(a+1)x+1x2=(x−1)(ax−1)x2, ①当a=0时,由(1)可知,函数f(x)无零点; ②当a<0时,易知函数f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减, 又f(1)=a−1<0,故此时函数f(x)无零点; ③当0<a<1时,易知函数f(x)在(0,1),(1a,+∞)上单调递增,在(1,1a)单调递减, 且f(1)=a−1<0,f(1a)=1−a+(a+1)lna<0, 又由(1)可得,1x+lnx⩾1,即ln1x⩾1−x,则lnx<x,ln√x<√x,则lnx<2√x, 当x>1时,f(x)=ax−1x−(a+1)lnx>ax−1x−2(a+1)⋅√x>ax−(2a+3)√x, 故存在m=(3a+2)2>1a,使得f(m)>0, ∴此时f(x)在(0,+∞)上存在唯一零点; ④当a=1时,f′(x)=(x−1)2x2⩾0,函数f(x)在(0,+∞)上单调递增, 又f(1)=0,故此时函数f(x)有唯一零点; ⑤当a>1时,易知函数f(x)在(0,1a),(1,+∞)上单调递增,在(1a,1)上单调递减, 且f(1)=a−1>0, 又由(1)可得,当0<x<1时,lnx>1−1x,则ln√x>1−1√x,则lnx>2(1−1√x), 此时f(x)=ax−1x−2(a+1)(1−1√x)<−1x+2(a+1)√x, 故存在n=14(a+1)2<1a,使得f(n)<0, 故函数f(x)在(0,+∞)上存在唯一零点; 综上,实数a的取值范围为(0,+∞). 点评:本题考查里利用导数研究函数的单调性,极值及最值,考查函数的零点问题,考查分类讨论思想及运算求解能力,属于难题.
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