每日一题[2987]站在巨人肩膀

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

1、判断 $f(x)$ 的单调性.

2、若 $g(x)$ 有唯一零点,求实数 $a$ 的取值范围.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{(x+1)-\ln x}{x},\]于是 $f(x)$ 在 $(0,+\infty)$ 上单调递增.

2、函数 $g(x)$ 的导函数\[g'(x)=x\left({\rm e}^x-a\right).\]

情形一     $a< 0$.此时 $g(x)$ 满足\[ \begin{array}{c|c|c|c|c|c}\hline x&+\infty&(-\infty,0)&0&(0,+\infty)&+\infty\\ \hline g(x)&0&\searrow&a^2-1&\nearrow&+\infty\\ \hline \end{array}\] 因此当 $a^2-1=0$,即 $a=-1$ 时 $g(x)$ 有唯一零点.

情形二     $a=0$.此时 $g(x)=(x-1){\rm e}^x$,有唯一零点 $x=1$,符合题意.

情形三     $0<a<1$.此时 \[\begin{array}{c|c|c|c|c|c|c|c}\hline x&-\infty&(-\infty,\ln a)&\ln a&(\ln a,0)&0&(0,+\infty)&+\infty\\ \hline g(x)&-\infty&\nearrow&a(\ln a-1)-\dfrac{a\ln^2a}{2}+a^2a=f(a)&\searrow&a^2-1&\nearrow&+\infty\\ \hline\end{array}\]根据第 $(1)$ 题的结论,当 $0<a<1$ 时,有\[af(a)<af(1)=0,\]因此函数在 $(0,+\infty)$ 有唯一零点,符合题意.

综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $\{-1\}\cup [0,1)$.

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