设函数 $f(x)=x^2+ax-\ln x$.
【难度】
【出处】
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    微积分初步
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    利用导数研究函数的性质
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    利用导数研究函数的单调性
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    利用导数研究函数的单调性
  • 题型
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    不等式
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    恒成立与存在性问题
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    微积分初步
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    导数问题中的技巧
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    极限叙述
  1. 若 $a=1$,试求函数 $f(x)$ 的单调区间;
    标注
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      利用导数研究函数的单调性
    答案
    函数 $f(x)$ 的单调递增区间是 $\left(\dfrac 12,+\infty\right)$,单调递减区间是 $\left(0,\dfrac 12\right)$
    解析
    当 $a=1$ 时,函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{(x+1)(2x-1)}{x},\]于是函数 $f(x)$ 的单调递增区间是 $\left(\dfrac 12,+\infty\right)$,单调递减区间是 $\left(0,\dfrac 12\right)$.
  2. 令 $g(x)=\dfrac{f(x)}{{\rm e}^x}$,若函数 $g(x)$ 在区间 $(0,1]$ 上是减函数,求实数 $a$ 的取值范围.
    标注
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    答案
    $(-\infty,2]$
    解析
    函数 $g(x)$ 的导函数\[g'(x)={\rm e}^{-x}\left(f'(x)-f(x)\right)={\rm e}^{-x}\left(2x+a-\dfrac 1x-x^2-ax+\ln x\right),\]因此根据题意有\[\forall x\in (0,1],x^2+\dfrac 1x-2x-\ln x+a(x-1)\geqslant 0.\]记不等式左侧函数为 $h(x)$,则注意到 $h(1)=0$,而其导函数\[h'(x)=2x-\dfrac 1{x^2}-2-\dfrac 1x+a,\]有 $h'(1)=a-2$,因此讨论分界点为 $a=2$.
    情形一 $a\leqslant 2$.此时\[h'(x)\leqslant 2x-\dfrac 1{x^2}-\dfrac 1x=\dfrac{(x-1)\left(2x^2+2x+1\right)}{x^2}\leqslant 0,\]于是在 $(0,1]$ 上,$h(x)$ 单调递减,于是\[h(x)>h(1)=0,\]符合题意.
    情形二 $a>2$.此时\[h'(x)=\left(-\dfrac{x^2+2x+1}{x^2}\right)\cdot (1-x)+a-2,\]而当 $\dfrac 12\leqslant x\leqslant 1$ 时,有\[-\dfrac{x^2+2x+1}{x^2}\geqslant -9,\]于是当 $\dfrac 12\leqslant x\leqslant 1$ 时,有\[h'(x)\geqslant -9(1-x)+a-2,\]因此在区间 $\left(1-\dfrac{a-2}{9},1\right]$ 上有 $h'(x)>0$,因此函数 $h(x)$ 在 $\left(1-\dfrac{a-2}{9},1\right]$ 上单调递增,于是该区间上\[h(x)<h(1)=0,\]不符合题意.
    综上所述,实数 $a$ 的取值范围是 $(-\infty,2]$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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