函数零点的判定

14、通过研究函数f

(x )=2x4-10x 2+2x-1在实数范围内的零点个数,进一步研究可得g (x )=2xn +10x2-2x-1(n≥3,n ∈N )在实数范围内的零点个数为

考点:函数零点的判定定理.

专题:探究型.

分析:对函数f (x )=2x4-10x 2+2x-1进行求导,求得函数的极值,单调性,判断零点个数,对于函数g (x )=2xn +10x2-2x-1(n≥3,n ∈N )用同样的方法可得,注意计算时整体代换.

解答:解:∵函数f (x )=2x4-10x 2+2x-1,

∴f′(x )=8x3-20x+2=2(4x 3-10x+1)

在f′(x )=0时,

f (x )=2x4-10x 2+2x-1,

=2x4-5x 2+ x-5x 2+ x-1,

= (4x 3-10x+1)-5x 2+ x-1=-5x2+ x-1,

由于判别式△<0,所以,f (x )的所有极值均是负数.

又因为当x 趋向于负无穷和正无穷时均为无穷大,

所以,零点有两个.

对任意g (x )=2xn +10x2-2x-1(n≥3,n ∈N )

也有,g' (x )=0时有,

g (x )=( -10)x 2+(2- )x-1

可知n >3时,其判别式△<0

所以,当n 为偶数时,有两个零点

n 为奇数时,有3个零点,

故答案为 .

已知函数f (x )=ex+ax,g (x )=exlnx(e 是自然对数的底数).

(1)若曲线y=f(x )在x=1处的切线也是抛物线y2=4(x-1)切线,求a 的值;

(2)若对于任意x ∈R ,f (x )>0恒成立,试确定实数a 的取值范围;

(3)当a=-1时,是否存在x0∈(0,+∞),使曲线C :y=g(x )-f (x )在点x=x0处的切

线斜率与f (x )在R 上的最小值相等?若存在,求符合条件的x0的个数;若不存在,请说明理由.考点:利用导数研究曲线上某点切线方程;导数在最大值、最小值问题中的应用.专题:综合题.分析:(1)求出f (x )的导函数,把c=1代入导函数中求出的导函数值即为切线方程的斜率,把x=1代入f (x )求出切点的纵坐标,根据切点坐标和斜率写出切线的方程,把切线方程与抛物线联立,消去y 得到关于x 的一元二次方程,根据直线与抛物线相切,得到方程的根的判别式等于0,列出关于a 的方程,求出方程的解即可得到a 的值;

(2)求出f (x )的导函数,分a 大于0,a=0和a 小于0三种情况考虑,当a 大于0时,导函数大于0,即函数为增函数,利用极限的思想得到函数恒大于0不成立;当a=0时,得到函数恒大于0,满足题意;当a 小于0时,令导函数等于0,求出x 的值,由x 的值分区间讨论导函数的正负,得到函数的单调区间,进而得到f (x )的最小值,让最小值大于0,列出关于a 的不等式,求出不等式的解集即可得到a 的取值范围,综上,得到满足题意的a 的取值范围;

(3)把a=-1代入到(2)中求出的f (x )的最小值中,确定出f (x )的最小值,设h (x )=g(x )-f (x ),把g (x )和f (x )的解析式代入确定出h (x ),求出h (x )的导函数,假如存在x0∈(0,+∞),使曲线C :y=g(x )-f (x )在点x=x0处的切线斜率与f (x )在R 上的最小值相等,令h (x )导函数等于f (x )的最小值,得到 ,设φ(x )等于等式的右边,求出φ(x )的导函数,利用导函数的正负确定出φ(x )的最小值为φ(1)等于0,得到方程有唯一的解,且唯一的解为f (x )的最小值.解答:解:(1)f ′(x )=ex+a,把x=1代入得:f ′(1)=e+a,

把x=1代入f (x )得:f (1)=e+a,所以切点坐标为(1,e+a),

则在x=1处的切线为y-(e+a)=(e+a)(x-1)即:y=(e+a)x ,

与y2=4(x-1)联立,消去得(e+a)2x2-4x+4=0,

由△=0知,a=1-e或a=-1-e;(4分)

(2)f ′(x )=ex+a,

①当a >0时,f ′(x )>0,f (x )在R 上单调递增,且当x →-∞时,ex →0,ax →-∞, ∴f (x )→-∞,故f (x )>0不恒成立,所以a >0不合题意;(6分)

②当a=0时,f (x )=ex>0对x ∈R 恒成立,所以a=0符合题意;

③当a <0时令f ′(x )=ex+a=0,得x=ln(-a ),

当x ∈(-∞,ln (-a ))时,f ′(x )<0,当x ∈(ln (-a ),+∞)时,f ′(x )>0, 故f (x )在(-∞,ln (-a ))上是单调递减,在(ln (-a ),+∞)上是单调递增, 所以[f(x )]min=f(ln (-a ))=-a+aln(-a )>0,

解得a >-e ,又a <0,∴a ∈(-e ,0),

综上:a ∈(-e ,0].(10分)

(3)当a=-1时,由(2)知[f(x )]min=f(ln (-a ))=-a+aln(-a )=1,

设h (x )=g(x )-f (x )=exlnx-ex+x,则 ,

假设存在实数x0∈(0,+∞),使曲线C :y=g(x )-f (x )在点x=x0处的切线斜率与f (x )在R 上的最小值相等,x0即为方程的解,(13分)

令h ′(x )=1得: ,因为ex >0,所以 .

令 ,则 ,当0<x <1是φ′(x )<0,当x >1时φ′(x )>0,

所以 在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,

∴φ(x )>φ(1)=0,故方程 有唯一解为1,

所以存在符合条件的x0,且仅有一个x0=1.(16分)点评:此题考查学生会利用导数求切线上过某点切线方程的斜率,会利用导函数的正负确定函数的单调区间,会利用导数研究函数的极值,掌握导

14、通过研究函数f

(x )=2x4-10x 2+2x-1在实数范围内的零点个数,进一步研究可得g (x )=2xn +10x2-2x-1(n≥3,n ∈N )在实数范围内的零点个数为

考点:函数零点的判定定理.

专题:探究型.

分析:对函数f (x )=2x4-10x 2+2x-1进行求导,求得函数的极值,单调性,判断零点个数,对于函数g (x )=2xn +10x2-2x-1(n≥3,n ∈N )用同样的方法可得,注意计算时整体代换.

解答:解:∵函数f (x )=2x4-10x 2+2x-1,

∴f′(x )=8x3-20x+2=2(4x 3-10x+1)

在f′(x )=0时,

f (x )=2x4-10x 2+2x-1,

=2x4-5x 2+ x-5x 2+ x-1,

= (4x 3-10x+1)-5x 2+ x-1=-5x2+ x-1,

由于判别式△<0,所以,f (x )的所有极值均是负数.

又因为当x 趋向于负无穷和正无穷时均为无穷大,

所以,零点有两个.

对任意g (x )=2xn +10x2-2x-1(n≥3,n ∈N )

也有,g' (x )=0时有,

g (x )=( -10)x 2+(2- )x-1

可知n >3时,其判别式△<0

所以,当n 为偶数时,有两个零点

n 为奇数时,有3个零点,

故答案为 .

已知函数f (x )=ex+ax,g (x )=exlnx(e 是自然对数的底数).

(1)若曲线y=f(x )在x=1处的切线也是抛物线y2=4(x-1)切线,求a 的值;

(2)若对于任意x ∈R ,f (x )>0恒成立,试确定实数a 的取值范围;

(3)当a=-1时,是否存在x0∈(0,+∞),使曲线C :y=g(x )-f (x )在点x=x0处的切

线斜率与f (x )在R 上的最小值相等?若存在,求符合条件的x0的个数;若不存在,请说明理由.考点:利用导数研究曲线上某点切线方程;导数在最大值、最小值问题中的应用.专题:综合题.分析:(1)求出f (x )的导函数,把c=1代入导函数中求出的导函数值即为切线方程的斜率,把x=1代入f (x )求出切点的纵坐标,根据切点坐标和斜率写出切线的方程,把切线方程与抛物线联立,消去y 得到关于x 的一元二次方程,根据直线与抛物线相切,得到方程的根的判别式等于0,列出关于a 的方程,求出方程的解即可得到a 的值;

(2)求出f (x )的导函数,分a 大于0,a=0和a 小于0三种情况考虑,当a 大于0时,导函数大于0,即函数为增函数,利用极限的思想得到函数恒大于0不成立;当a=0时,得到函数恒大于0,满足题意;当a 小于0时,令导函数等于0,求出x 的值,由x 的值分区间讨论导函数的正负,得到函数的单调区间,进而得到f (x )的最小值,让最小值大于0,列出关于a 的不等式,求出不等式的解集即可得到a 的取值范围,综上,得到满足题意的a 的取值范围;

(3)把a=-1代入到(2)中求出的f (x )的最小值中,确定出f (x )的最小值,设h (x )=g(x )-f (x ),把g (x )和f (x )的解析式代入确定出h (x ),求出h (x )的导函数,假如存在x0∈(0,+∞),使曲线C :y=g(x )-f (x )在点x=x0处的切线斜率与f (x )在R 上的最小值相等,令h (x )导函数等于f (x )的最小值,得到 ,设φ(x )等于等式的右边,求出φ(x )的导函数,利用导函数的正负确定出φ(x )的最小值为φ(1)等于0,得到方程有唯一的解,且唯一的解为f (x )的最小值.解答:解:(1)f ′(x )=ex+a,把x=1代入得:f ′(1)=e+a,

把x=1代入f (x )得:f (1)=e+a,所以切点坐标为(1,e+a),

则在x=1处的切线为y-(e+a)=(e+a)(x-1)即:y=(e+a)x ,

与y2=4(x-1)联立,消去得(e+a)2x2-4x+4=0,

由△=0知,a=1-e或a=-1-e;(4分)

(2)f ′(x )=ex+a,

①当a >0时,f ′(x )>0,f (x )在R 上单调递增,且当x →-∞时,ex →0,ax →-∞, ∴f (x )→-∞,故f (x )>0不恒成立,所以a >0不合题意;(6分)

②当a=0时,f (x )=ex>0对x ∈R 恒成立,所以a=0符合题意;

③当a <0时令f ′(x )=ex+a=0,得x=ln(-a ),

当x ∈(-∞,ln (-a ))时,f ′(x )<0,当x ∈(ln (-a ),+∞)时,f ′(x )>0, 故f (x )在(-∞,ln (-a ))上是单调递减,在(ln (-a ),+∞)上是单调递增, 所以[f(x )]min=f(ln (-a ))=-a+aln(-a )>0,

解得a >-e ,又a <0,∴a ∈(-e ,0),

综上:a ∈(-e ,0].(10分)

(3)当a=-1时,由(2)知[f(x )]min=f(ln (-a ))=-a+aln(-a )=1,

设h (x )=g(x )-f (x )=exlnx-ex+x,则 ,

假设存在实数x0∈(0,+∞),使曲线C :y=g(x )-f (x )在点x=x0处的切线斜率与f (x )在R 上的最小值相等,x0即为方程的解,(13分)

令h ′(x )=1得: ,因为ex >0,所以 .

令 ,则 ,当0<x <1是φ′(x )<0,当x >1时φ′(x )>0,

所以 在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,

∴φ(x )>φ(1)=0,故方程 有唯一解为1,

所以存在符合条件的x0,且仅有一个x0=1.(16分)点评:此题考查学生会利用导数求切线上过某点切线方程的斜率,会利用导函数的正负确定函数的单调区间,会利用导数研究函数的极值,掌握导


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