每日一题[1081]用极值点表示参数

已知函数 \(f(x)={\rm e}^x-\dfrac ax\)\(a\) 为实常数.

1)当 \(a>0\) 时,求函数 \(f(x)\) 的单调区间;

2)若 \(f(x)\) \((0,+\infty)\) 上存在极值点,且极值大于 \(\ln 4+2\),求 实数 \(a\) 的取值范围.


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分析与解 (1根据题意,有 \(f(x)\) 的导函数\[f'(x)=\dfrac{{\rm e}^x\cdot x^2+a}{x^2}.\] \(a>0\) 时,有 \(f'(x)>0\),因此函数 \(f(x)\) 的单调递增区间是 \((-\infty,0)\) \((0,+\infty)\);函数 \(f(x)\) 没有单调递减区间.

 2)考虑函数 \(\varphi(x)={\rm e}^x\cdot x^2+a\),则其导函数\[\varphi'(x)={\rm e}^x\cdot x(x+2),\]于是函数 \(\varphi(x)\) \((0,+\infty)\) 上单调递增,进而可得当 \(a<0\) 时,函数 \(f(x)\) \((0,+\infty)\) 上存在极小值点,记该极小值点为 \(x=m\),则\[{\rm e}^m\cdot m^2+a=0,\]\[f(m)={\rm e}^m-\dfrac am>\ln 4+2,\]也即\[{\rm e}^m+{\rm e}^m\cdot m>\ln 4+2,\]注意到上述不等式左侧关于 \(m\) 单调递增,且当 \(m=\ln 2\) 时两边相等,因此可解得\[m>\ln 2.\]进而结合\[a=-{\rm e}^m\cdot m^2,\]由函数 \(\varphi(x)\) 单调递增可得实数 \(a\) 的取值范围是 \(\left(-\infty,-2\ln^22\right)\)

 \(\varphi(x)\) 的单调性也可以不求导直接得到.因为函数$y={\rm e}^x$与$y=x^2$均在$(0,+\infty)$上单调递增,且函数值均非负,所以它们的乘积对应的函数$y=x^2{\rm e}^x$在$(0,+\infty)$上单调递增.

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