极限辅助找点与类偏移问题
已知函数\(f(x)=(x-1)e^x+ax^2\)
\((1)\) 讨论\(f(x)\)的单调性
\((2)\) 当\(a<-1\)时,若\(f(x)\)的极小值点为\(x_0\),证明:\(f(x)\)的存在唯一的零点\(x_1\),且\(x_1-x_0\geq \ln 2\)
\((1)\) \(f^{\prime}(x)=xe^x+2ax=x(e^x+2a)=0\)
当\(a\geq0\)不难得到\(f(x)\)在\((-\infty,0)\)上单调递减,在\((0,+\infty)\)上单调递增
当\(a<0,f^{\prime}(x)=0\)得\(m=0,n=\ln\left(-2a\right)\)
Case1:当\(a\in\left(-\dfrac{1}{2},0\right)\)
\(f(x)\)在\((-\infty,n)\)和\((0,+\infty)\)上单调递增,在\((n,0)\)上单调递减
Case2:当\(a<-\dfrac{1}{2}\)
\(f(x)\)在\((-\infty,0)\)和\((n,+\infty)\)上单调增,在\((0,n)\)上单调减少
Case3.当\(a=-\dfrac{1}{2}\),\(f(x)\)
\(f(x)\)在\((-\infty,0)\)上增,在\((0,+\infty)\)上减
\((2)\) 由\((1)\)得\(f(x)\)在\((-\infty,0)\)和\((\ln(-2a),+\infty)\)上单调递增,在\((0,\ln(-2a))\)上单调递减
则极小值点为\(\ln(-2a)\)
因\(\lim\limits_{x\to-\infty}f(x)=-\infty,\lim\limits_{x\to +\infty}f(x)=+\infty,f(0)=-1\)
因\(f(0)=-1\)这个地方已经确定了是个负数
从而根据单调性\(f(x)\)在\((-\infty,0)\)上增,在\((0,\ln(-2a)\)减,在\((\ln(-2a),+\infty)\)上增
从而一定只有一个零点\(x_1\)并且此零点\(x_1>\ln (-2a)\)
要证:\(x_1-x_0\geq \ln 2\)
即证:\(x_1\geq \ln 2+x_0\)
而\(f(x_1)=0\)
从而证明\(f(\ln 2+x_0)\leq 0\)
即\(f(\ln-4a))\leq 0\)
\(f(\ln(-4a))=\left[\ln(-4a)-1\right](-4a)+a\ln^2(-4a)\leq 0\)
记\(-4a=t\),原不等式转化为证明:
\(4-4\ln t+\ln ^2t\geq 0\)
记\(g(t)=4-4\ln t+\ln^2t,g^{\prime}(t)=\dfrac{2(\ln t-2)}{t}\)
不难得到\(g(t)\geq g(t^2)=4-4\times 2+4=0\)
得证!
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