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2024年高考数学新高考Ⅱ-16

  2024-08-27 15:58:54  

(15分)已知函数$f(x)=e^{x}-ax-a^{3}$.
(1)当$a=1$时,求曲线$y=f(x)$在点$(1$,$f$(1)$)$处的切线方程;
(2)若$f(x)$有极小值,且极小值小于0,求$a$的取值范围.
分析:(1)当$a=1$时,$f(x)=e^{x}-x-1$,$f\prime (x)=e^{x}-1$,利用导数的几何意义能求出曲线$y=f(x)$在点$(1$,$f$(1)$)$处的切线方程.
(2)$f\prime (x)=e^{x}-a$,当$a\leqslant 0$时,$f\prime (x) > 0$,函数$f(x)$在$R$上单调递增,此时函数$f(x)$无极值,从而$a > 0$,令$f\prime (x)=e^{x}-a=0$,得$x=\ln a$,求出函数$f(x)$的增区间为$(\ln a,+\infty )$,减区间为$(-\infty ,\ln a)$,从而$f{{(x)}_{}}=f\left( \ln a \right)=a-a\ln a-{{a}^{3}} < 0$,进而$1-\ln a-a^{2} < 0$,令$g$(a)$=-a^{2}-\ln a+1$,${g}'(a)=-2a\cdot \frac{1}{a} < 0$,利用导数性质能求出$a$的取值范围.
解:(1)$\because$函数$f(x)=e^{x}-ax-a^{3}$,
$\therefore$当$a=1$时,$f(x)=e^{x}-x-1$,$f\prime (x)=e^{x}-1$,
$\therefore f$(1)$=e-2$,$\therefore$切点坐标为$(1,e-2)$,
切线的斜率为$k=f\prime$(1)$=e-1$,
$\therefore$曲线$y=f(x)$在点$(1$,$f$(1)$)$处的切线方程为:
$y-(e-2)=(e-1)(x-1)$,整理得:$y=(e-1)x-1$.
(2)$\because$函数$f(x)=e^{x}-ax-a^{3}$,$\therefore f\prime (x)=e^{x}-a$,
当$a\leqslant 0$时,$f\prime (x) > 0$,函数$f(x)$在$R$上单调递增,此时函数$f(x)$无极值,
$\therefore a > 0$,
令$f\prime (x)=e^{x}-a=0$,得$x=\ln a$,
当$x < \ln a$时,$f\prime (x) < 0$,当$x > \ln a$时,$f\prime (x) > 0$,
$\therefore$函数$f(x)$的增区间为$(\ln a,+\infty )$,减区间为$(-\infty ,\ln a)$,
$\therefore f{{(x)}_{}}=f\left( \ln a \right)=a-a\ln a-{{a}^{3}} < 0$,
$\therefore 1-\ln a-a^{2} < 0$,
令$g$(a)$=-a^{2}-\ln a+1$,${g}'(a)=-2a-\frac{1}{a} < 0$,
$g$(a)在$(0,+\infty )$上单调递减,
$\because g$(1)$=0$,$\therefore g$(a)$ < 0$等价于$a > 1$,
$\therefore a$的取值范围是$(1,+\infty )$.
点评:本题考查导数的几何意义、函数的单调性、切线方程、极值等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.

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