每日一题[2656]范围估计

已知函数 $f(x)=\mathrm{e}^{x}+\dfrac{1}{2} x^{2}+a x$.

1、若 $a=-1$,求函数 $f(x)$ 的单调区间.

2、若 $a \in[0,1]$,求证:$32 f(x)>-7$. 参考数据:$\ln 3 \approx 1.099$,$\ln 4 \approx 1.386$.

解析

1、当 $a=-1$ 时,函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)={\rm e}^x+x-1,\]因此函数 $f(x)$ 在 $(-\infty,0)$ 上单调递减,在 $(0,+\infty)$ 上单调递增.

2、当 $x\leqslant 0$ 时,命题显然成立;当 $x>0$ 时,有\[f(x)>{\rm e}^x+\dfrac 12x^2+x,\]设右侧函数为 $g(x)$,函数 $g(x)$ 的导函数\[g'(x)={\rm e}^x+x+1,\]因此 $g'(x)$ 在 $\mathbb R$ 上有唯一零点,记为 $m$,此时 $f(x)$ 在 $(-\infty,m)$ 上单调递减,在 $(m,+\infty)$ 上单调递增,在 $x=m$ 处取得最小值\[g(m)={\rm e}^m+\dfrac 12m^2+m,\]其中 ${\rm e}^m+m+1=0$.于是\[{\rm e}^m+\dfrac 12m^2+m=\dfrac12m^2-1.\]而\[\dfrac 12m^2-1>-\dfrac7{32}\impliedby m<-\dfrac 54,\]因此只需要证明\[{\rm e}^{-\frac 54}+\left(-\dfrac 54\right)+1>0\impliedby -\dfrac 54>\ln\dfrac 14\impliedby \ln 4>1.25,\]这显然成立,因此命题得证.

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