设函数 $f\left(x\right) = a\ln x + \dfrac{x - 1}{x + 1}$,其中 $a$ 为常数.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 若 $a = 0$,求曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(1,f\left(1\right)\right)$ 处的切线方程;
    标注
    答案
    曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(1,f\left(1\right)\right)$ 处的切线方程为\[x-2y-1=0.\]
    解析
    本小问主要考查利用导数求曲线的切线方程,属于基础题.当 $a = 0$ 时,$f\left( x \right) = \dfrac{x - 1}{x + 1}$,$f'\left( x \right) = \dfrac{2}{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}}}$,所以\[f'\left( 1 \right) = \dfrac{1}{2} , f\left( 1 \right) = 0,\]因此,曲线 $y = f\left(x\right)$ 在点 $\left(1,f\left(1\right)\right)$ 处的切线方程为\[x-2y-1=0.\]
  2. 讨论函数 $f\left(x\right)$ 的单调性.
    标注
    答案
    $a \geqslant 0$ 时,$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递增;
    $a \leqslant - \dfrac{1}{2}$ 时,$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递减;
    $ - \dfrac{1}{2} < a < 0$ 时,$f\left( x \right)$ 在 $\left( {0,\dfrac{{ - a - 1 + \sqrt {2a + 1} }}{a}} \right)$ 单调递减,$\left( {\dfrac{{ - a - 1+ \sqrt {2a + 1} }}{a},\dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}} \right)$ 单调递增,$\left( {\dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}, + \infty } \right)$ 单调递减.
    解析
    本小题主要考查利用导数研究函数的单调性,导函数的正负决定函数的单调性,只需研究核心函数的正负即可,核心函数是二次型,需要对其开口方向,有根没根,有根的话需要对根的位置进行讨论.\[f'\left( x \right) = \dfrac{a}{x} + \dfrac{2}{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}}}=\dfrac{ax^2+\left(2a+2\right)x+a}{x\left(x+1\right)^2}\left( {x > 0} \right).\]① 当 $a = 0$ 时,$f'\left( x \right) = \dfrac{2}{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}}}$ 恒大于 $0$,$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递增.
    ② 当 $a > 0$ 时,\[f'\left( x \right) = \dfrac{a}{x} + \dfrac{2}{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}}} > 0.\]$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递增.
    ③ 当 $a < 0$ 时,令 $ g\left(x\right)=ax^2+\left(2a+2\right)x+a $,则\[\Delta = {\left( {2a + 2} \right)^2} - 4{a^2}= 8a + 4 .\]当 $a \leqslant - \dfrac{1}{2}$ 时,即 $\Delta \leqslant 0$ 时,$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递减.
    当 $ - \dfrac{1}{2} < a < 0$ 时,$\Delta > 0$,函数 $ g\left(x\right) $ 的两个零点为\[{x_{1}} = \dfrac{{ - a - 1 + \sqrt {2a + 1} }}{a},x_2= \dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}.\]$g\left(x\right)$ 的对称轴方程为\[x = - \dfrac{2a + 2}{2a} = - 1 - \dfrac{1}{a} > 0\]且 ${x_1}{x_2} = 1 > 0$,
    所以 $ f\left( x \right)$ 在 $\left( {0,\dfrac{{ - a - 1 + \sqrt {2a + 1} }}{a}} \right)$ 上单调递减,在 $\left( {\dfrac{{ - a - 1 + \sqrt {2a + 1} }}{a},\dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}} \right)$ 上单调递增,在 $\left( {\dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}, + \infty } \right)$ 上单调递减.
    综上所述,
    $a \geqslant 0$ 时,$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递增;
    $a \leqslant - \dfrac{1}{2}$ 时,$f\left( x \right)$ 在定义域上单调递减;
    $ - \dfrac{1}{2} < a < 0$ 时,$f\left( x \right)$ 在 $\left( {0,\dfrac{{ - a - 1 + \sqrt {2a + 1} }}{a}} \right)$ 单调递减,$\left( {\dfrac{{ - a - 1+ \sqrt {2a + 1} }}{a},\dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}} \right)$ 单调递增,$\left( {\dfrac{{ - a - 1 - \sqrt {2a + 1} }}{a}, + \infty } \right)$ 单调递减.
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
0.109691s