已知函数 $f\left(x\right) = x - 1 + \dfrac{a}{{{{\mathrm{e}}^x}}}$,($a \in {\mathbb{R}}$,${\mathrm{e}}$ 为自然对数的底数).
1、若曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(1,f\left(1\right)\right)$ 处的切线平行于 $x$ 轴,求 $a$ 的值.
2、求函数 $f\left(x\right)$ 的极值.
3、当 $a = 1$ 时,若直线 $l:y = kx - 1$ 与曲线 $y = f\left(x\right)$ 没有公共点,求 $k$ 的最大值.
解析
1、本题考查利用导数研究函数的切线,抓住切点横坐标为参数求解即可. 函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=1-\dfrac a{{\rm e}^x},\]于是曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(1,f\left(1\right)\right)$ 处的切线斜率为 $f'(1)=1-\dfrac{a}{\rm e}$,该切线平行于 $x$ 轴,因此\[1-\dfrac{a}{\rm e}=0\iff a={\rm e}.\]
2、本题考查利用导数研究函数的极值,根据导数零点位置进行讨论即可. 根据第 $(1)$ 小题的结果,有\[f'(x)=\dfrac{{\rm e}^x-a}{{\rm e}^x}.\]
情形一 $a\leqslant 0$.此时 $f'(x)>0$,于是 $f(x)$ 在 $\mathbb R$ 上单调递增,函数 $f(x)$ 没有极值.
情形二 $a>0$.此时 $f(x)$ 在 $(-\infty,\ln a)$ 上单调递减,在 $(\ln a,+\infty)$ 上单调递增,在 $x=\ln a$ 上取得极小值 $\ln a$,没有极大值.
3、本题考查利用导数研究函数的零点,分离变量转化为最值问题是解决问题的关键. 当 $a=1$ 时,$f(x)=x-1+\dfrac{1}{{\rm e}^x}$,因此若直线 $l:y = kx - 1$ 与曲线 $y = f\left(x\right)$ 没有公共点,则关于 $x$ 的方程\[f(x)=kx-1\iff k=1+\dfrac{1}{x{\rm e}^x}\]无解.设函数 $g(x)=1+\dfrac{1}{x{\rm e}^x}$,则 $g(x)>1$,因此当 $k=1$ 时符合题意. 而当 $k> 1$ 时,取 $x_1=\dfrac{1}{k-1}$,则 $x_1>0$,进而\[g(x_1)=1+\dfrac{1}{x_1{\rm e}^{x_1}}<1+\dfrac{1}{x_1},\]取 $x_2=\dfrac 1{k{\rm e}}$,则 $x_2<1$,进而\[g(x_2)=1+\dfrac{1}{x_2{\rm e}^{x_2}}>1+\dfrac{1}{{\rm e}x_2}=k+1,\]因此方程 $g(x)=k$ 有实数解,不符合题意.
综上所述,$k$ 的最大值为 $1$.