每日一题[2679]分离变量

已知函数 $f(x)=\mathrm{e}^{x}(a-x)+x+1$.

1、若函数 $f(x)$ 的图象在区间 $[0,1]$ 上存在斜率为零的切线,求实数 $a$ 的取值范围.

2、当 $a=1$ 时,判断函数 $f(x)$ 零点的个数,并说明理由.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)={\rm e}^x(a-1-x)+1,\]于是题意即\[\exists x\in [0,1],{\rm e}^x(a-1-x)+1=0,\]也即\[\exists x\in [0,1],a=1+x-{\rm e}^{-x},\]记右侧函数为 $g(x)$,则 $g(x)$ 在 $[0,1]$ 上单调递增,因此 $a$ 的取值范围是 $\left[g(0),g(1)\right]$,即 $\left[0,2-\dfrac{1}{\rm e}\right]$.

2、当 $a=1$ 时,方程 $f(x)=0$ 即\[{\rm e}^x(1-x)+x+1=0\iff \dfrac{x+1}{x-1}\cdot {\rm e}^{-x}=1,\]设左侧函数为 $h(x)$,则其导函数\[h'(x)=-\dfrac{x^2+1}{(x-1)^2}{\rm e}^{-x},\]于是函数 $h(x)$ 在 $(-\infty,1)$ 和 $(1,+\infty)$ 上均单调递减.注意到\[h(-2)=\dfrac{{\rm e}^2}{3}>1>h(0)=-1,\]且\[h(1.01)=\dfrac{202}{{\rm e}^{1.01}}>1>h(2)=\dfrac{3}{{\rm e}},\]因此方程 $h(x)=1$ 在 $(-\infty,1)$ 和 $(1,+\infty)$ 上各有唯一零点.

综上所述,函数 $f(x)$ 的零点个数为 $2$.

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