Question

【題目】已知函數(shù)f（x）．

（1）當(dāng)a≤e時(shí)，求證：當(dāng)x＝1時(shí)函數(shù)f（x）取得極小值：

（2）若函數(shù)f（x）有4個(gè)零點(diǎn)，求a的取值范圍．

Answer 1

【答案】（1）見(jiàn)解析（2）a＞6e

【解析】

（1）由題可得f'（x）＝（x﹣1）（ex﹣ax）．①當(dāng)a≤0時(shí)，對(duì)任意x∈（0，+∞），都有ex﹣ax＞0恒成立，易得函數(shù)f（x）在x＝1處取得極小值，②當(dāng)0≤a≤e時(shí)，令g（x）＝ex﹣ax，令g′（x）＝0，得x＝lna，

再論證當(dāng)1＜a≤e，0＜a≤1時(shí)，都有ex﹣ax≥0恒成立即可．

（2）由（1）知當(dāng)a≤e時(shí)，當(dāng)x＝1時(shí)函數(shù)f（x）取得極小值，所以f（x）最多有2個(gè)零點(diǎn)；當(dāng)a≥0時(shí)，ex﹣ax＞0，f'（x）＜0，即f（x）在（﹣∞，0]上單調(diào)減，所以f（x）最多有2個(gè)零點(diǎn)；當(dāng)a＜0時(shí)，設(shè)g（x）＝ex﹣ax，g'（x）＝ex﹣a＞0，又，由零點(diǎn)存在定理，存在使得g（x0）＝0，是 f（x）的極大值點(diǎn)，所以f（x）最多有3個(gè)零點(diǎn)；所以要使得f（x）有4個(gè)零點(diǎn)，則a＞e，根據(jù)（1）知，g（x）min＝g（lna）＝a（1﹣lna）＜0，又g（1）＝e﹣a＜0，g（0）＝1＞0，g（a）＝ea﹣a2＞0，由零點(diǎn)存在定理，則存在0＜x1＜1＜x2，使得g（x1）＝g（x2）＝0，所以f'（x）＝0有3個(gè)零點(diǎn)x1，1，x2，要有4個(gè)零點(diǎn)，則即可.

（1）由題可得f'（x）＝（x﹣1）（ex﹣ax）．

①當(dāng)a≤0時(shí)，對(duì)任意x∈（0，+∞），都有ex﹣ax＞0恒成立，

所以當(dāng)0＜x＜1時(shí)，f′（x）＜0；當(dāng)x＞1時(shí)，f′（x）＞0．

所以函數(shù)f（x）在x＝1處取得極小值，符合題意．

②當(dāng)0≤a≤e時(shí)，設(shè)g（x）＝ex﹣ax，依然取x∈（0，+∞）．

則g′（x）＝ex﹣a，令g′（x）＝0，得x＝lna，

當(dāng)1＜a≤e時(shí)，lna＞0，所以g（x）在（0，lna）上單調(diào)遞減，在區(qū)間（lna，+∞）上單調(diào)遞增，

所以g（x）min＝g（lna）＝a（1﹣lna）．

因?yàn)?/span>1＜a≤e，所以g（x）min＝a（1﹣lna）≥0．當(dāng)且僅當(dāng)a＝e時(shí)，等號(hào)成立，此時(shí)x＝1，

所以對(duì)任意x∈（0，1）∪（1，+∞），都有ex﹣ax≥0恒成立．

當(dāng)0＜a≤1時(shí)，由x∈（0，+∞）時(shí)ex＞1得g′（x）＝ex﹣a≥0，

所以當(dāng)0＜x＜1時(shí)，f′（x）＜0；當(dāng)x＞1時(shí)，f′（x）＞0．

所以函數(shù)f（x）在x＝1處取得極小值，符合題意．

綜上①②可知：當(dāng)a≤e時(shí)x＝1是函數(shù)f（x）的極小值點(diǎn)．

（2）由（1）得當(dāng)a≤e時(shí)，f（x）在（0，1）上單調(diào)減，在（1，+∞）單調(diào)增；

在x≤0時(shí)，x﹣1＜0，

當(dāng)a≥0時(shí)，ex﹣ax＞0，f'（x）＜0，即f（x）在（﹣∞，0]上單調(diào)減，所以f（x）最多有2個(gè)零點(diǎn)；

當(dāng)a＜0時(shí)，設(shè)g（x）＝ex﹣ax，g'（x）＝ex﹣a＞0，又，

所以存在使得g（x0）＝0，則

在（﹣∞，x0）上g（x）＜0，f'（x）＞0，f（x）單調(diào)增，

在（x0，0]上，g（x）＞0，f'（x）＜0，f（x）單調(diào)減，

所以f（x）最多有3個(gè)零點(diǎn)；

所以要使得有4個(gè)零點(diǎn)，a＞e，

由（1）得g（x）min＝g（lna）＝a（1﹣lna）＜0，

又g（1）＝e﹣a＜0，g（0）＝1＞0，g（a）＝ea﹣a2＞0

（證明：h（a）＝a﹣2lna（a＞2），則，

所以h（a）在（2，+∞）單調(diào)增，所以在（e，+∞）上h（a）＞h（e）＝e﹣2＞0，所以a＞2lna，即ea＞a2，

所以存在0＜x1＜1＜x2，使得g（x1）＝g（x2）＝0，

又當(dāng)x≤0時(shí)，g（x）＞0，所以f'（x）＝0有3個(gè)零點(diǎn)x1，1，x2，

當(dāng)x＜x1，或1＜x＜x2，f′（x）＜0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞減，

當(dāng)x＞x2，或x1＜x＜1，f′（x）＞0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞增，

所以要有4個(gè)零點(diǎn)，，即a＞6e，

此時(shí)，f（0）＝﹣2＜0，，

設(shè)m（a）＝a﹣3lna（a＞3），，

所以在（6e，+∞）上m（a）＞m（6e）＞m（e2）＝e2﹣6＞0，

所以a＞3lna，即ea＞a3，

又，

綜上，當(dāng)且僅當(dāng)a＞6e時(shí)，函數(shù)f（x）有4個(gè)零點(diǎn)．