每日一题[2899]恰好齐平

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

1、讨论 $f(x)$ 的单调性.

2、若 $f(x)$ 有两个零点,求实数 $a$ 的取值范围.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=(x-1)\left({\rm e}^{x}+2a\right),\]于是讨论分界点为 ${\rm e}+2a=0$ 以及 $a=0$.

情形一     $a<-\dfrac{\rm e}2$.此时 $f(x)$ 在 $(0,1)$ 上单调递增,在 $(1,\ln(-2a))$ 上单调递减,在 $(\ln(-2a),+\infty)$ 上单调递增.

情形二    $a=-\dfrac{\rm e}2$.此时 $f(x)$ 在 $\mathbb R$ 上单调递增.

情形三     $-\dfrac{\rm e}2<a<0$.此时 $f(x)$ 在 $(-\infty,\ln(-2a))$ 上单调递增,在 $(\ln(-2a),1)$ 上单调递减,在 $(1,+\infty)$ 上单调递增.

情形四     $a\geqslant 0$.此时 $f(x)$ 在 $(-\infty,1)$ 上单调递减,在 $(1,+\infty)$ 上单调递增.

2、根据题意,有 $f(1)=-{\rm e}$. 当 $a\geqslant 0$ 时,由于\[\begin{array}{c|ccccc}\hline x&-\infty&(-\infty,1)&1&(1,+\infty)&+\infty\\ \hline f(x)&+\infty&\searrow&-{\rm e}&\nearrow&+\infty\\ \hline \end{array}\] 因此 $f(x)$ 有两个零点,符合题意. 当 $a<0$ 时,若 $f(x)$ 有两个零点,则 $x=1$ 为极小值点,且极大值\[f(\ln(-2a))=0\iff a\left(\ln^2(-2a)-4\ln(-2a)+5\right)=0,\]其中 $-\dfrac{\rm e}2<a<0$.上述方程无解. 综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $(0,+\infty)$.

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