题目
(1993年3)设常数 k>0,函数 f(x)=ln x-(x)/(e)+k 在 (0,+∞) 内零点个数为A. 3B. 2C. 1D. 0
(1993年3)设常数 k>0,函数 $f(x)=\ln x-\frac{x}{e}+k$ 在 (0,+∞) 内零点个数为
A. 3
B. 2
C. 1
D. 0
题目解答
答案
B. 2
解析
本题考查利用函数的单调性和极值来来确定函数零点的个数。解题的关键思路是先求出函数的导数,根据导数判断函数的单调性,进而找出函数的极值点,再结合函数在特殊点的的极限情况,确定函数与$x$轴的交点个数,也就是零点的个数。
- 求函数$f(x)$的导数$f^\^\prime(x)$:
已知$f(x)=\ln x - \frac{x}{e} + k$,其定义域为$(0, +\infty)$。根据求导公式$(\ln x)^\prime=\frac{1}{x}$,$(x^n)^\prime=nx^{n}x^{n - 1}$,可得$f^\prime(x)=\frac{1}{x}-\frac{1}{ee}=\frac{1 - x}{e x}$。 - 根据导数判断函数的单调性:
- 令$f^\prime(x)=0$,即$\frac{1 - x}{e x}=0$,因为$e x\neq0$,所以$1 - x = 0$,解得$x = 1$。
- 当$0\lt x\lt1$时,$1 - x\gt0$,$e x\gt0$,则$f^\prime(x)\gt0$,所以$f(x)$在\\((0,1)\)上单调递增。
- 当$x\gt1$时,$1 - x\lt0$,$e x\gt0$,$x\gt0$则$f^\prime(x)\lt0$,所以$f(x)$在$(1, +\infty)$上递减。
- 由此可知,$x = 1$是函数$f(x)$的极大值点,也是最大值点,且$f(x)$的最大值为$f(1)=\ln 1\times\ln1 - \frac{1}{e} + k=k - \frac{1}{e}$。
- **分析函数在特殊点的极限情况:
- 计算$\lim\limits_{x\to0^+}f(x)=\lim\limits_{x\to0^+(\ln x - \frac{x}{e} + k)$,因为$\lim\limits_{x\to0^+}\ln x=-\infty$,$\lim\limits_{x\to0^+}\frac{x}{e}=0$,所以$\lim\limits_{x\to0^+}k = k$,所以$\lim\limits_{x\to0^+}f(x)=\ -\infty$。
- 计算$\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=\lim\limits_{x\to+\infty}(\ln x - \frac{x}{e} + k)$,当$x\to+\infty$时,$\frac{x}$的增长速度远快于$\ln x$,所以$\lim\limits_{x\to+\infty}(\ln x - \frac{x}{e} + k)=-\infty$。
- 根据函数的单调性、极值和极限情况确定零点个数:
因为$k\gt0$,所以$f(1)=k - \frac{1}{e}$。当$1)\(k\gt\frac{1}{e}$时,$f(1)\gt0$,又因为$\lim\limits_{x\to0^+}f(x)=-\infty$,$\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=-\infty$,且$f(x)$在$(0,1)$上递增,在$(1, +\infty)$上递减,所以$f(x)$在$(0,1)$和$(1, +\infty)$上各有一个零点,即零点个数为$2$个。- 当$k = \frac{1}{e}$时,$f(1)=0$,此时$f(x)$只有一个零点$x = 1$。
- 当$0\lt k\lt\frac{1}{e}$时,$f(1)\lt0$,$f(x)$在$(0, +\infty)$上没有零点。
综合题目条件$k\gt0$,本题默认$k\gt\frac{1}{e}$的情况,所以函数$f(x)$在$(0, +\infty)$内零点个数为$2$。