每日一题[1919]充分性探路

已知函数 $f(x)=(kx-1){\rm e}^x-k(x-1)$.

1、若函数 $f(x)$ 在 $x=x_0$ 处的切线斜率与 $k$ 无关,求 $x_0$.

2、若存在实数 $x$ 使 $f(x)<0$ 成立,求整数 $k$ 的最大值.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=k\left(-1+{\rm e}^x+x{\rm e}^x\right)-{\rm e}^x,\]考虑函数 $g(x)={\rm e}^x(x+1)-1$,当 $x<0$ 时,有\[g(x)<(x+1)-1=x<0,\]当 $x>0$ 时,有\[g(x)>(x+1)-1=x>0,\]因此 $g(x)$ 有唯一零点 $x=0$,因此 $x_0=0$.

2、根据题意,有\[\exists x\in\mathbb R,k\left(x{\rm e}^x-x+1\right)-{\rm e}^x<0.\]当 $k=1$ 时,取 $x=\ln 2$,有\[LHS=\ln 2-1<0.\]而当 $k=2$ 时,有\[LHS={\rm e}^x(2x-1)-2x+2=\left({\rm e}^x-1\right)(2x-1)+1,\]于是当 $x\leqslant 0$ 或 $x\geqslant \dfrac 12$ 时,均有左边不小于 $1$,下面证明当 $x\in (0,1)$ 时,也有左边大于 $0$.此时设 $h(x)={\rm e}^x(2x-1)-2\sqrt {\rm e}x+2$($0<x<1$),则左边不小于 $h(x)$,且 $h(x)$ 的导函数\[h'(x)={\rm e}^x(2x+1)-2{\rm e},\]于是 $h(x)$ 在 $x=\dfrac 12$ 处取得极小值,也为最小值 $h\left(\dfrac 12\right)=2-\sqrt{\rm e}>0$. 综上所述,整数 $k$ 的最大值为 $1$.

此条目发表在每日一题分类目录,贴了标签。将固定链接加入收藏夹。

发表回复