设函数 $f\left( x \right)$ 满足 ${x^2}f'\left( x \right) + 2xf\left( x \right) = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^x}}}{x}$,$f\left( 2 \right) = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^2}}}{8}$,则 $x > 0$ 时,$f\left( x \right)$  \((\qquad)\)
A: 有极大值,无极小值
B: 有极小值,无极大值
C: 既有极大值又有极小值
D: 既无极大值也无极小值
【难度】
【出处】
【标注】
【答案】
D
【解析】
判断函数的极值情况,只需判断出函数的单调性,也就是判断出导函数的正负即可.由题意知\[f'\left( x \right) = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^x}}}{x^3} - \dfrac{2f\left( x \right)}{x} = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^x} - 2{x^2}f\left( x \right)}}{x^3}.\]令 $g\left( x \right) = {{\mathrm{e}}^x} - 2{x^2}f\left( x \right)$,则\[\begin{split} g'\left( x \right) &= {{\mathrm{e}}^x} - 2{x^2}f'\left( x \right) - 4xf\left( x \right) \\ & = {{\mathrm{e}}^x} - 2\left( {{x^2}f'\left( x \right) + 2xf\left( x \right)} \right) \\ & = {{\mathrm{e}}^x} - \dfrac{{2{{\mathrm{e}}^x}}}{x} \\ & = {{\mathrm{e}}^x}\left( {1 - \dfrac{2}{x}} \right).\end{split} \]由 $g'\left( x \right) = 0$ 得 $x = 2$,当 $x = 2$ 时,\[g{\left( x \right)_{\min }} = {{\mathrm{e}}^2} - 2 \times {2^2} \times \dfrac{{{{\mathrm{e}}^2}}}{8} = 0.\]即 $g\left( x \right) \geqslant 0$,则当 $x > 0$ 时,\[f'\left( x \right) = \dfrac{g\left( x \right)}{x^3} \geqslant 0,\]故 $f\left( x \right)$ 在 $\left( {0, + \infty } \right)$ 上单调递增,既无极大值也无极小值.
其他解法:由 ${x^2}f'\left( x \right) + 2xf\left( x \right) = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^x}}}{x}$
得\[ \left[x^2f\left(x\right)\right]'=\dfrac{{\mathrm{e}}^x}x ,\]且\[ x^2f'\left(x\right)=\dfrac{{\mathrm{e}}^x}x-2xf\left(x\right). \]于是\[ x^3f'\left(x\right)={\mathrm{e}}^x-2x^2f\left(x\right) .\]所以\[ \left[x^3f'\left(x\right)\right]'={\mathrm{e}}^x-2\dfrac{{\mathrm{e}}^x}x=\dfrac{x-2}x{\mathrm{e}}^x. \]于是可得函数 $ x^3f'\left(x\right) $ 在 $ \left(0,2\right) $ 单调递减,$ \left(2,+\infty\right) $ 单调递增,所以 $ x^3f'\left(x\right)\geqslant 8f'\left(2\right) $.由 ${x^2}f'\left( x \right) + 2xf\left( x \right) = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^x}}}{x}$ 和 $f\left( 2 \right) = \dfrac{{{{\mathrm{e}}^2}}}{8}$ 可得 $ f'\left(2\right)=0 $,所以 $ x^3f'\left(x\right)\geqslant 0 $ 恒成立,所以 $ f\left(x\right) $ 在 $ \left(0,+\infty\right) $ 恒单调递增,无极值.
题目 答案 解析 备注
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