已知 $ a,b $ 为常数,且 $ a\ne 0 $,函数 $ f\left( x \right)=-ax+b+ax\ln x $,$ f\left( {\rm{e}} \right)=2 $($ {\rm{e}}=2.71828 \cdots$ 是自然对数的底数).
【难度】
【出处】
2011年高考福建卷(文)
【标注】
  1. 求实数 $b $ 的值;
    标注
    答案
    解析
    由 $ f\left( \text{e} \right)=2 $,得 $ b=2 $.
  2. 求函数 $f\left(x\right)$ 的单调区间;
    标注
    答案
    解析
    由(1)可得 $ f\left( x \right)=-ax+2+ax\ln x $,从而 $ {f}'\left( x \right)=a\ln x $.
    因为 $ a\ne 0 $,故:
    ① 当 $ a>0 $ 时,由 $ {f}'\left( x \right)>0 $ 得 $ x>1 $,由 $ {f}'\left( x \right)<0 $ 得 $ 0<x<1 $;
    ② 当 $ a<0 $ 时,由 $ {f}'\left( x \right)>0 $ 得 $ 0<x<1 $,由 $ {f}'\left( x \right)<0 $ 得 $ x>1 $.
    综上,当 $ a>0 $ 时,函数 $ f\left( x \right) $ 的单调递增区间为 $ \left( 1, +\infty \right) $,单调递减区间为 $ \left( 0, 1 \right)$;
    当 $a<0$ 时,函数 $f\left( x \right)$ 的单调递增区间为 $\left( 0, 1 \right)$,单调递减区间为 $\left( 1, +\infty \right)$.
  3. 当 $a=1$ 时,是否同时存在实数 $m$ 和 $M\left(m<M\right)$,使得对每一个 $ t\in \left[ m,M \right] $,直线 $y=t$ 与曲线 $y=f\left( x \right)\left( x\in \left[ \dfrac{1}{\rm{e}},\rm{e} \right] \right)$ 都有公共点?若存在,求出最小的实数 $m$ 和最大的实数 $M$;若不存在,说明理由.
    标注
    答案
    解析
    当 $ a=1 $ 时,$ f\left( x \right)=-x+2+x\ln x $,$ {f}'\left( x \right)=\ln x $.
    由(2)可得,当 $ x $ 在区间 $ \left[\dfrac{1}{\rm{e}} , \rm{e} \right] $ 内变化时,$ {f}'\left( x \right) $,$ f\left( x \right) $ 的变化情况如下表:\[ \begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline
    x& \frac 1 {\rm{e}} & \left(\frac 1{\rm{e}},1\right) & 1 & \left(1 ,{\rm{e}}\right) & {\rm{e}} \\ \hline
    f'\left(x\right) & & - & 0 & + & \\ \hline
    f\left(x\right) & 2 - \frac 2 {\rm{e}} & 单调递减 & 极小值1 & 单调递增 & 2 \\ \hline
    \end{array} \]又 $ 2 - \dfrac 2 {\rm{e}} < 2 $,所以函数 $f\left(x\right)\left(x \in \left[ \dfrac 1 {\rm{e}} , {\rm{e}}\right]\right)$ 的值域为 $\left[1,2\right]$.
    据此可得,若 $\begin{cases} m=1, \\ M =2 , \end{cases} $ 则对每一个 $t \in \left[m,M\right] $,直线 $y=t $ 与曲线 $y=f\left(x\right) \left(x \in \left[ \dfrac 1 {\rm{e}} , {\rm{e}}\right]\right)$ 都有公共点;
    并且对每一个 $t \in \left(-\infty ,m\right) \cup \left(M,+\infty\right) $,直线 $y=t $ 与曲线 $y=f\left(x\right) \left(x \in \left[ \dfrac 1 {\rm{e}} , {\rm{e}}\right]\right)$ 都没有公共点.
    综上,当 $a=1 $ 时,存在最小的实数 $ m=1$,最大的实数 $ M=2$,使得对每一个 $ t \in \left[m,M\right]$,直线 $y=t $ 与曲线 $y=f\left(x\right) \left(x \in \left[ \dfrac 1 {\rm{e}} , {\rm{e}}\right]\right)$ 都有公共点.
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 问题3 答案3 解析3 备注3
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