题目内容
【题目】已知函数f(x)=xlnx,函数g(x)=kx﹣cosx在点处的切线平行于x轴.
(1)求函数f(x)的极值;
(2)讨论函数F(x)=g(x)﹣f(x)的零点的个数.
【答案】(1)极小值为f(),无极大值(2)F(x)有且仅有2个零点
【解析】
(1)利用函数f(x)的导数判断函数的单调性,然后求出函数的极值;
(2)因为F(x)=x﹣cosx﹣xlnx,F'(x)=sinx﹣lnx,设h(x)=sinx﹣lnx,分类讨论:(i)当x∈(e,+∞)时,h(x)=F'(x)≤0,则F(x)单调递减,此时可得F(x)在(e,)上存在唯一零点,也即在(e,+∞)上存在唯一零点;(ii)当x∈(,e]时,,则F'(x)在(,e]单调递减,此时F(x)在(,e]上恒大于0,无零点;(iii)当x∈(0,1)时,,所以在(0,1)上单调递减,此时F(x)在(,]上存在唯一零点,即F(x)在(0,]上存在唯一零点
解:(1)因为函数f(x)=xlnx的定义域为(0,+∞),
所以,
令,即lnx+1<0,解得0<x,
所以f(x)的单调递减区间为(0,),
令,即lnx+1>0,解得,
所以f(x)的单调递增区间为(,+∞),
综上,f(x)的极小值为f(),无极大值;
(2)由,得)=k﹣1=0,故k=1,所以g(x)=x﹣cosx,
因为F(x)=x﹣cosx﹣xlnx,,
设h(x)=sinx﹣lnx,
(i)当x∈(e,+∞)时,,则单调递减,
又F(e)=﹣cose>0, ,
故F(x)在(e,)上存在唯一零点,也即在(e,+∞)上存在唯一零点;
(ii)当x∈(,e]时, ,则在单调递减,
因为,
所以存在,使得,且在上,在(x0,e]上,
所以为F(x)在(,e]上的最大值,
又因为F(e)=﹣cose>0,F()(1﹣ln)>0,
所以F(x)在(,e]上恒大于0,无零点;
(iii)当x∈(0,1)时,,
所以在(0,1)上单调递减,
当x∈[1,]时,,
设t(x)=xcosx﹣1,所以,
所以t(x)在[1,]上单调递减,
所以t(x)<t(1)=cos1﹣1<0,即,
所以在(0,]上单调递减,
因为,所以F(x)在上单调递增,
因为F()(1﹣ln)>0,
,
所以F(x)在(,]上存在唯一零点,即F(x)在(0,]上存在唯一零点,
综上,F(x)有且仅有2个零点