已知函数 $f(x)=\dfrac {x-1}{\mathrm{e}^x}$.
【难度】
【出处】
无
【标注】
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求函数 $f(x)$ 的单调区间和极值;标注答案$f(x)$ 在 $(-\infty,2)$ 上单调递增,在 $(2,+\infty)$ 上单调递减,有极大值 $f(2)=\mathrm e^{-2}$,无极小值解析对 $f(x)$ 求导得$$f'(x)=\dfrac {2-x}{\mathrm e^x},$$所以 $f(x)$ 在 $(-\infty,2)$ 上单调递增,在 $(2,+\infty)$ 上单调递减,有极大值 $f(2)=\mathrm e^{-2}$,无极小值;
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若 $x_1\ne x_2$,且 $f(x_1)=f(x_2)$,求证:$x_1+x_2>4$.标注答案略解析我们知道对于二次函数来说,如果两个自变量对应函数值相等,那么这两个自变量的和为定值,这是由二次函数的对称性与单调性决定的.本题中函数的单调性与二次函数类似,我们先从直观上理解一下第 $(2)$ 题结论的含义:
由 $(1)$ 知,在函数 $f(x)$ 的图象上,$x=2$ 相当于山顶,在 $x=2$ 的两侧,函数图象的“陡峭程度”是不同的(因为分母 $\mathrm e^x$ 对应的值不同),左侧更陡峭,右侧更平缓,所以这两侧对应的点如果在同一海拔上,则右侧的点离山顶的“水平”距离更远.好像两条下山的路,更平缓的路更远一样.
要严格证明这个问题,我们可以将 $x=2$ 左侧的图象对称到右侧去,比较对称过去的函数与原来函数的大小关系得到结果.函数 $f(x)$ 的草图如下:令\[\begin{split} h(x)&=f(4-x),x\geqslant 2,\\F(x)&=f(x)-h(x)=\dfrac {x-1}{\mathrm e^x}-\dfrac {3-x}{\mathrm e^{4-x}},x\geqslant 2\end{split}\]则$$F'(x)=(2-x)\left(\mathrm e^{-x}-\mathrm e^{x-4}\right )\geqslant 0,$$所以 $F(x)$ 在 $[2,+\infty)$ 上单调递增,而 $F(2)=0$,所以 $F(x)\geqslant 0$,即$$f(x)>h(x)=f(4-x).$$不妨设 $x_1<x_2$,则有 $x_1<2<x_2$,于是$$f(x_2)=f(x_1)=h(4-x_1)<f(4-x_1),$$而 $f(x)$ 在 $(2,+\infty)$ 上单调递减,所以 $x_2>4-x_1$,即 $x_1+x_2>4$.
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