题目内容
【题目】已知函数f(x)=(x﹣1)ex+ax2(a∈R).
(1)讨论函数f(x)的单调性;
(2)若函数f(x)有两个零点x1,x2(x1<x2),证明:x1+x2<0.
【答案】(1)答案不唯一,具体见解析(2)证明见解析
【解析】
(1)对函数求导,根据的取值进行分情况讨论,判断函数的单调性;
(2)先判断函数有两个零点时的取值范围为,再利用极值点偏移法,构造函数,,证明即可.
(1)f(x)=(x﹣1)ex+ax2,
f′(x)=x(ex+2a),
①当a≥0时,ex+2a>0,
故当x∈(﹣∞,0)时,f'(x)<0,当x∈(0,+∞)时,f'(x)>0,
所以函数f(x)在(﹣∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增;
②当a<0时,由f'(x)=x(ex+2a)=0,得x=0,或x=ln(﹣2a),
i当﹣2a>1即a时,ln(﹣2a)>0,
故当x∈(﹣∞,0),(ln(﹣2a),+∞)时,f'(x)>0,f(x)递增,当x∈(0,ln(﹣2a))时,f'(x)<0,f(x)递减;
ii当0<﹣2a<1即a<0时,ln(﹣2a)<0,
故当x∈(﹣∞,ln(﹣2a)),(0,+∞)时,f'(x)>0,f(x)递增,当x∈(ln(﹣2a),0)时,f'(x)<0,f(x)递减;
iii当﹣2a=1即a,ln(﹣2a)=0,f'(x)≥0,f(x)在R上递增;
(2)函数f'(x)=x(ex+2a),由(1)可知:
①当a=0时,函数f(x)=(x﹣1)ex只有一个零点,不符合题意;
②当a<时,f(x)的极大值为f(0)=﹣1,f(x)极小值为,
故最多有一个零点,不成立;
③当a<0时,f(x)的极大值为f(ln(﹣2a)=[ln(﹣2a)﹣1]eln(﹣2a)+aln2(﹣2a)=a[ln2(﹣2a)﹣2ln(﹣2a)+2]=a[(ln(﹣2a)﹣1)2+1]<0,
故最多有一个零点,不成立;
④当a时,f(x)在R上递增,
故最多有一个零点不成立;
③当a>0,函数f(x)在(﹣∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.
又f(0)=﹣1,f(1)=a>0,故在(0,1)存在一个零点x2,
因为x<0,所以x﹣1<0,0<ex<1,所以ex(x﹣1)>x﹣1,
所以f(x)>ax2+x﹣1,
取x0,显然x0<0且f(x0)>0,
所以f(x0)f(0)<0,故在(x0,0)存在一个零点x1,
因此函数f(x)有两个零点,且x1<0<x2,
要证x1+x2<0,即证明x1<﹣x2<0,
因为f(x)在(﹣∞,0)单调递减,故只需f(x1)=f(x2)>f(﹣x2)即可,
令g(x)=f(x)﹣f(﹣x),x>0,
g'(x)=x(ex+2a)﹣xe﹣x﹣2ax=x(ex﹣e﹣x)>0,
所以g(x)在上单调递增,
又g(0)=0,所以g(x)>0,
故f(x1)=f(x2)>f(﹣x2)成立,
即x1+x2<0成立.