设函数 $f\left( x \right) ={\mathrm{e}}^x - ax - 2$.
【难度】
【出处】
2012年高考新课标全国卷(文)
【标注】
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求 $f\left( x \right)$ 的单调区间;标注答案解析$ f\left(x\right) $ 的定义域为 $ \left(-\infty ,+\infty \right)$,且\[f ′\left(x\right)={\mathrm{e}}^x-a,\]若 $ a\leqslant 0 $,则 $ f'\left(x\right)>0 $,所以 $ f\left(x\right) $ 在 $ \left(-\infty ,+\infty \right) $ 上单调递增;
若 $ a>0 $,令 $f'\left(x\right)=0$,解得 $x=\ln a$,
则当 $ x\in \left(-\infty ,\ln a\right) $ 时,$ f '\left(x\right)<0 $;当 $ x\in \left(\ln a,+\infty \right) $ 时,$ f ′\left(x\right)>0 $,
所以 $ f\left(x\right) $ 在 $ \left(-\infty ,\ln a\right) $ 上单调递减,在 $\left(\ln a,+\infty \right) $ 上单调递增. -
若 $a = 1$,$k$ 为整数,且当 $x > 0$ 时,$\left( {x - k} \right)f'\left( x \right) + x + 1 > 0$,求 $k$ 的最大值.标注答案解析由于 $ a=1 $,所以\[ \left(x-k\right)f '\left(x\right)+x+1=\left(x-k\right)\left({\mathrm{e}}^x-1\right)+x+1,\]故当 $ x>0 $ 时,$ \left(x-k\right)f '\left(x\right)+x+1>0 $ 等价于\[ k<{\dfrac{x+1}{{\mathrm{e}}^x-1}}+x\left(x>0\right).\quad \cdots \cdots ① \]令\[g\left(x\right)={\dfrac{x+1}{{\mathrm{e}}^x-1}}+x, \]则\[ g'\left(x\right)={\dfrac{-x{\mathrm{e}}^x-1}{\left({\mathrm{e}}^x-1\right)^2}}+1={\dfrac{ {\mathrm{e}}^x\left({\mathrm{e}}^x-x-2\right)}{\left({\mathrm{e}}^x-1\right)^2}}. \]由(1)知,可令函数 $ h\left(x\right)={\mathrm{e}}^x-x-2 $,则其在 $ \left(0,+\infty \right) $ 上单调递增,
而 $ h\left(1\right)<0$,$h\left(2\right)>0$,所以 $ h\left(x\right) $ 在 $ \left(0,+\infty \right) $ 存在唯一的零点,
故 $ g'\left(x\right) $ 在 $ \left(0,+\infty \right) $ 存在唯一的零点,
设此零点为 $ \alpha $,则 $ \alpha \in \left(1,2\right)$,
当 $ x\in \left(0,\alpha \right) $ 时,$ g'\left(x\right)<0 $,
当 $ x\in \left(\alpha ,+\infty \right) $ 时,$ g′\left(x\right)>0 $,
所以 $ g\left(x\right) $ 在 $ \left(0,+\infty \right) $ 的最小值为 $ g\left(\alpha \right) $,
又由 $ g'\left(\alpha \right)=0 $,可得 $ {\mathrm{e}}^\alpha =\alpha +2 $,
所以 $ g\left(\alpha \right)=\alpha +1 \in \left(2,3\right) $,
由于 $ ① $ 式等价于 $ k<g\left(\alpha \right) $,故整数 $ k $ 的最大值为 $ 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