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已知函数 f(x)=(x+a)exa2x2 (a>0).

  1. a=1 时, 求曲线 y=f(x) 在点 (0,f(0)) 处的切线方程;
  2. x=1af(x) 的极值点, 求 a;
  3. f(x) 存在小于 12 的极大值, 求 a 的取值范围.

f(x)=exa(x+a+1)4x.

  1. a=1, 有 f(0)=1e, f(0)=2e, 所以切线方程为 y=2ex+1e.

  2. 由题意, f(1a)=0, 即 2(e12a(12a)1)=0. 我们熟知不等式 exx+1, 等号当且仅当 x=0, 所以只有 12a=0a=12.
    还需要验证此时 f(1a)=f(12)=ex12(x+52)4|x=12=10, 说明 f(x)1a 的两侧异号, 所以 1a 确实是 f(x) 的极值点.
    综上, a=12.

  3. 首先说明 f(x) 至多只有两个极值点. 肯定不能是 0. 然后考虑 f(x)=0, 也即 exa(1+a+1x)=4. 当 x<0 时, 左边 <1; 当 x>0 时, 左边函数的导数 exax2+(a+1)x(a+1)x2 只有一个零点, 所以 f(x) 至多只有两个零点, 这就完成了说明. 不妨设极值点为 x0,x1, x0<x1. 容易得到 x0 是极大值点, x1 是极小值点,且 x0>0.

    • a12, 假设两个极值点都存在. 当 x[0,1a], f(x)(xa+1)(x+a+1)4x=(x1)2a20, 这说明 1a 落在单增区间 (,x0] 上, 所以 f(x0)f(1a)=e12a[12(12a)2+(12a)+1]+1212, [1]不成立.
    • a>12, f(12)=e12a(32+a)2=g(a). 而 g(a)=e12a(12a)<0, 所以 f(12)<g(12)=0. 这说明 f(x) 确实存在一个极大值点和一个极小值点, 且 x0<12<a. 此时 ex0a(x0+a+1)=4x0, 消掉 ex0a 后有 f(x0)=4x0(x0+a)x0+a+12x02=4x0(11x0+a+1)2x02<4x02x02<12, 成立.

    综上, a>12.


  1. 这里因为 12a0, 所以可以用不等式 ex1+x+12x2. ↩︎