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$f(x)=ax-\dfrac{1}{x}-(a+1)\ln x$. (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,$f(x)=-\dfrac{1}{x}-\ln x(x > 0)$,则${f}'(x)=\dfrac{1}{{x}^{2}}-\dfrac{1}{x}=\dfrac{1-x}{{x}^{2}}$, 易知函数$f(x)$在$(0,1)$上单调递增,在$(1,+\infty )$上单调递减, $\therefore f(x)$在$x=1$处取得极大值,同时也是最大值, $\therefore$函数$f(x)$的最大值为$f$(1)$=-1$; (2)${f}'(x)=a+\dfrac{1}{{x}^{2}}-\dfrac{a+1}{x}=\dfrac{a{x}^{2}-(a+1)x+1}{{x}^{2}}=\dfrac{(x-1)(ax-1)}{{x}^{2}}$, 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$(1,+\infty )$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$(0,1),(\dfrac{1}{a},+\infty )$上单调递增,在$(1,\dfrac{1}{a})$单调递减, 且$f$(1)$=a-1 < 0$,$f(\dfrac{1}{a})=1-a+(a+1)\ln a < 0$, 又由(1)可得,$\dfrac{1}{x}+\ln x\geqslant 1$,即$\ln \dfrac{1}{x}\geqslant 1-x$,则$\ln x < x$,$\ln \sqrt{x} < \sqrt{x}$,则$\ln x < 2\sqrt{x}$, 当$x > 1$时,$f(x)=ax-\dfrac{1}{x}-(a+1)\ln x > ax-\dfrac{1}{x}-2(a+1)\cdot \sqrt{x} > ax-(2a+3)\sqrt{x}$, 故存在$m=(\dfrac{3}{a}+2)^{2} > \dfrac{1}{a}$,使得$f(m) > 0$, $\therefore$此时$f(x)$在$(0,+\infty )$上存在唯一零点; ④当$a=1$时,${f}'(x)=\dfrac{(x-1)^{2}}{{x}^{2}}\geqslant 0$,函数$f(x)$在$(0,+\infty )$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$(0,\dfrac{1}{a}),(1,+\infty )$上单调递增,在$(\dfrac{1}{a},1)$上单调递减, 且$f$(1)$=a-1 > 0$, 又由(1)可得,当$0 < x < 1$时,$\ln x > 1-\dfrac{1}{x}$,则$\ln \sqrt{x} > 1-\dfrac{1}{\sqrt{x}}$,则$\ln x > 2(1-\dfrac{1}{\sqrt{x}})$, 此时$f(x)=ax-\dfrac{1}{x}-2(a+1)(1-\dfrac{1}{\sqrt{x}}) < -\dfrac{1}{x}+\dfrac{2(a+1)}{\sqrt{x}}$, 故存在$n=\dfrac{1}{4(a+1)^{2}} < \dfrac{1}{a}$,使得$f(n) < 0$, 故函数$f(x)$在$(0,+\infty )$上存在唯一零点; 综上,实数$a$的取值范围为$(0,+\infty )$. 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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