数学试题解答

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问题 1

解:

(1) 定义域: \(x \in (0, +\infty)\)

\(g(x) = a\ln{x} + \frac{1}{x} - x, x \in (0, +\infty)\)

\(g'(x) = \frac{a}{x} - \frac{1}{x^2} - 1, x \in (0, +\infty)\)

由 \(g'(x) \leq 0\) 得:

\(-x^2 + ax - 1 \leq 0\)

\(\Delta = a^2 - 4 \leq 0\)

\(\therefore a \in [-2, 2]\)

(2) \(f(x) = \frac{a}{x} - \frac{x^2}{2}, x \in (0, +\infty)\)

\(= \frac{ax - 1}{x^2}\)

\(\because x^2\) 在 \((0, +\infty)\) 上恒为正

\(\therefore f(x)\) 在 \((0, \frac{1}{a})\) 上 \(< 0\), \(f(x)\) 单调递减

在 \((\frac{1}{a}, +\infty)\) 上 \(> 0\), \(f(x)\) 单调递增

\(f(x)_{min} = f(\frac{1}{a}) = -a\ln{a} + a, a \in (0, +\infty)\)

(3)

① \(f(\frac{1}{a}) > 0\) 时,即 \(a \in (0, e)\) 时,无零点

② \(f(\frac{1}{a}) = 0\) 时,即 \(a = e\) 时,有一个零点

③ \(f(\frac{1}{a}) < 0\) 时,即 \(a \in (e, +\infty)\) 时,有两个零点

综上所述:

当 \(a \in (0, e)\) 时,无零点

当 \(a \in (e, +\infty)\) 时,有两个零点

当 \(a = e\) 时,有一个零点

问题 2

解:

(1) 定义域: R

\(f(x) = (e^x - 2m)(x+1)\)

令 \(f'(x) = 0\),得 \(x = 0\) 或 \(\ln(2m) + 1\)

① 当 \(\ln(2m) + 1 = -1\) 时

即 \(m = \frac{1}{2e}\) 时,\(f(x)\) 在 R 上单调递增

② 当 \(1 + \ln(2m) < -1\) 时

即 \(m < \frac{1}{2e}\) 时,\(f'(x)\) 在 \((\ln(2m), -1)\) 上 \(< 0\)

在 \((-\infty, \ln(2m) + 1), (-1, +\infty)\) 上 \(> 0\)

\(\therefore f(x)\) 在 \((\ln(2m) + 1, -1)\) 上单调递减

在 \((-\infty, \ln(2m) + 1), (-1, +\infty)\) 上单调递增

③ 当 \(1 + \ln(2m) > -1\) 时

即 \(m > \frac{1}{2e}\) 时,\(f'(x)\) 在 \((-1, \ln(2m))\) 上 \(< 0\)

在 \((-\infty, -1), (\ln(2m) + 1, +\infty)\) 上 \(> 0\)

\(f(x)\) 在 \((-1, \ln(2m))\) 上递减

在 \((-\infty, -1), (\ln(2m) + 1, +\infty)\) 上递增

综上,\(m = \frac{1}{2e}\),\(f(x)\) 在 R 上单调递增

\(m < \frac{1}{2e}\),\(f(x)\) 在 \((\ln(2m), -1)\) 上单调递减,在 \((-\infty, \ln(2m) + 1), (-1, +\infty)\) 上单调递增

\(m > \frac{1}{2e}\),\(f(x)\) 在 \((-1, \ln(2m))\) 上递减,在 \((-\infty, -1), (\ln(2m) + 1, +\infty)\) 上递增

(2) \(h(x) = f(x) + mx^2 + x\)

\(h(x) = (x + 1 + e^{-x})e^x + m, x \in [-2, +\infty)\)

\(h'(x) = (x + 1 + e^{-x})e^x + m\)

① \(m > 0\) 时,\(h(x)\) 恒为正,\(h(x)_{min} = h(-2)\)

② \(m < 0\) 时

1) 当 \((x + 1 + e^{-x})e^x > -m\),则 \(h(x)_{min} = h(-2)\)

即 \(m < 0\)

2) 当 \((x + 1 + e^{-x})e^x < -m\),则 \(h(x)_{min} = h(+\infty)\),无极值