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已知函数 f(x)=(x−a)2ex.

  1. 讨论 f(x) 的单调性;
  2. 设 x1,x2 分别为 f(x) 的极大值点和极小值点,记 A(x1,f(x1)),B(x2,f(x2)).
    1. 证明: 直线 AB 与曲线 y=f(x) 交于另一点 C;
    2. 在 1.1 的条件下,判断是否存在常数 t∈(n,n+1)(n∈Z∗), 使得 |AB|=t|BC|. 若存在,求 t; 若不存在,说明理由.
解

  1. 求导得 f′(x)=ex(x−a)(x−a+2), 有零点 a,a−2. 列表得

    x (−∞,a−2) a−2 (a−2,a) a (a,+∞)
    f′(x) + 0 − 0 +
    f(x) ↗ 极大 ↘ 极小 ↗

    故 f(x) 在 (a−2,a) 上减,(−∞,a−2),(a,+∞) 上增.

    1. 由 1 可得 A(a−2,4ea−2),B(a,0). 因此直接写出直线 AB:y=−2ea−2(x−a). 与 y=f(x) 联立,消去 y 后整理得 (x−a)[ex−a+2(x−a)+2]=0,
      上式自然有解 x=a,x=a−2. 令 x−a=t,g(t)=et+2t+2, 则 g′(t)=et+2(t+1), 故 g(t) 有唯一极小值 g(−1)=2−e. 而 g(0)=2>0, 因此 g(x) 除了 −2 外在 (−1,0) 上唯一存在另一零点 t0,也即 xC=a+t0.
      事实上我们可以进一步约束 t0 的范围. 注意到 g(−12)=2−12e32=−940∫01x(1−x)(4−3x2)e32xdx<0,g(−25)=2−25e85=16375∫01x(1−x)(5−12x+8x2)e85xdx>0,
      故 −12<t0<−25.
    2. 由于 A,B,C 都在直线 AB 上,因此 |AB|=t|BC|⟺|xA−xB|=t|xB−xC|⇒2=t(−t0). 从而结合 1.1: t=2−t0∈(4,5), 也即 n=4.