题目内容

【题目】已知函数f(x)=(ax2+bx+c)ex在[0,1]上单调递减且满足f(0)=1,f(1)=0.
(1)求a取值范围;
(2)设g(x)=f(x)﹣f′(x),求g(x)在[0,1]上的最大值和最小值.

【答案】
(1)解:由f(0)=1,f(1)=0得c=1,a+b=﹣1,则f(x)=[ax2﹣(a+1)x+1]ex

∴f′(x)=[ax2+(a﹣1)x﹣a]ex

由题意函数f(x)=(ax2+bx+c)ex在[0,1]上单调递减可得对于任意的x∈(0,1),都有f′(x)≤0

当a>0时,因为二次函数y=ax2+(a﹣1)x﹣a图象开口向上,而f′(0)=﹣a<0,所以只需要f′(1)=(a﹣1)e≤0,即a≤1,故有0<a≤1;

当a=1时,对于任意的x∈(0,1),都有f′(x)=(x2﹣1)ex<0,函数符合条件;

当a=0时,对于任意的x∈(0,1),都有f′(x)=﹣xex<0,函数符合条件;

当a<0时,因f′(0)=﹣a>0函数不符合条件;

综上知,a的取值范围是0≤a≤1


(2)解:因为 g(x)=f(x)﹣f′(x)=(ax2﹣(a+1)x+1)ex﹣[ax2+(a﹣1)x﹣a]ex=(﹣2ax+a+1)ex,g′(x)=(﹣2ax﹣a+1)ex

(i)当a=0时,g′(x)=ex>0,g(x)在[0,1]上的最小值是g(0)=1,最大值是g(1)=e

(ii)当a=1时,对于任意x∈(0,1)有g′(x)=﹣2xex<0,则有g(x)在[0,1]上的最小值是g(1)=0,最大值是g(0)=2;

(iii)当0<a<1时,由g′(x)=0得x= >0,

①若 ,即0<a≤ 时,g(x)在[0,1]上是增函数,所以g(x)在[0,1]上最大值是g(1)=(1﹣a)e,最小值是g(0)=1+a;

②若 ,即 <a<1时,g(x)在x= 取得最大值g( )=2a ,在x=0或x=1时取到最小值,

而g(0)=1+a,g(1)=(1﹣a)e,

则令g(0)=1+a≤g(1)=(1﹣a)e可得 <a≤ ;令g(0)=1+a≥g(1)=(1﹣a)e可得 ≤a<1

综上,当 <a≤ 时,g(x)在x=0取到最小值g(0)=1+a,

≤a<1时,g(x)在x=1取到最小值g(1)=(1﹣a)e


【解析】(1)由题意,函数f(x)=(ax2+bx+c)ex在[0,1]上单调递减且满足f(0)=1,f(1)=0,可求出函数的导数,将函数在[0,1]上单调递减转化为导数在[0,1]上的函数值恒小于等于0,再结合f(0)=1,f(1)=0这两个方程即可求得a取值范围;(2)由题设条件,先给出g(x)=f(x)﹣f′(x)的解析式,求出导函数,g′(x)=(﹣2ax﹣a+1)ex , 由于参数a的影响,函数在[0,1]上的单调性不同,结合(1)的结论及g′(x)可得.(i)当a=0时;(ii)当a=1时;(iii)当0<a<1时,分三类对函数的单调性进行讨论,确定并求出函数的最值
【考点精析】利用利用导数研究函数的单调性和函数的最大(小)值与导数对题目进行判断即可得到答案,需要熟知一般的,函数的单调性与其导数的正负有如下关系: 在某个区间内,(1)如果,那么函数在这个区间单调递增;(2)如果,那么函数在这个区间单调递减;求函数上的最大值与最小值的步骤:(1)求函数内的极值;(2)将函数的各极值与端点处的函数值比较,其中最大的是一个最大值,最小的是最小值.

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