题目
已知函数f(x)=ln(1+x)+axe-x.(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;(2)若f(x)在区间(-1,0),(0,+∞)各恰有一个零点,求a的取值范围.
已知函数f(x)=ln(1+x)+axe-x.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)若f(x)在区间(-1,0),(0,+∞)各恰有一个零点,求a的取值范围.
(1)当a=1时,求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;
(2)若f(x)在区间(-1,0),(0,+∞)各恰有一个零点,求a的取值范围.
题目解答
答案
解:(1)当a=1时,f(x)=ln(1+x)+xe-x,则${f}'(x)=\frac{1}{1+x}+{e}^{-x}-x{e}^{-x}$,
∴f′(0)=1+1=2,
又f(0)=0,
∴所求切线方程为y=2x;
(2)${f}'(x)=\frac{1}{1+x}+\frac{a(1-x)}{{e}^{x}}$,
若a≥0,当-1<x<0时,f′(x)>0,f(x)单调递增,则f(x)<f(0)=0,不合题意;
故a<0,${f}'(x)=\frac{1}{1+x}(1+\frac{a(1-{x}^{2})}{{e}^{x}})$,令$g(x)=1+\frac{a(1-{x}^{2})}{{e}^{x}}$,注意到$g(1)=1,g(0)=1+a,{g}'(x)=\frac{a(x-1+\sqrt{2})(x-1-\sqrt{2})}{{e}^{x}}$,
令g′(x)>0,解得$-1<x<1-\sqrt{2}$或$x>1+\sqrt{2}$,令g′(x)<0,解得$1-\sqrt{2}<x<1+\sqrt{2}$,
∴g(x)在$(-1,1-\sqrt{2}),(1+\sqrt{2},+∞)$单调递增,在$(1-\sqrt{2},1+\sqrt{2})$单调递减,且x>1时,g(x)>0,
①若g(0)=1+a≥0,当x>0时,g(x)>0,f(x)单调递增,不合题意;
②若g(0)=1+a<0,g(0)g(1)<0,则存在x0∈(0,1),使得g(x0)=0,
且当x∈(0,x0)时,g(x)<g(0)=0,f(x)单调递减,则f(x0)<f(0)=0,
当x>1时,f(x)>ln(1+x)+a>0,f(e-a-1)>0,则由零点存在性定理可知f(x)在(1,e-a-1)上存在一个根,
当$1-\sqrt{2}<x<0$时,g(x)<0,f(x)单调递减,$f(1-\sqrt{2})>f(0)=0$,
当$-1<x<1-\sqrt{2}$时,f(x)<ln(1+x)-ae<0,f(eae-1)<0,则由零点存在性定理可知f(x)在$({e}^{ae}-1,1-\sqrt{2})$上存在一个根.
综上,实数a的取值范围为(-∞,-1).
∴f′(0)=1+1=2,
又f(0)=0,
∴所求切线方程为y=2x;
(2)${f}'(x)=\frac{1}{1+x}+\frac{a(1-x)}{{e}^{x}}$,
若a≥0,当-1<x<0时,f′(x)>0,f(x)单调递增,则f(x)<f(0)=0,不合题意;
故a<0,${f}'(x)=\frac{1}{1+x}(1+\frac{a(1-{x}^{2})}{{e}^{x}})$,令$g(x)=1+\frac{a(1-{x}^{2})}{{e}^{x}}$,注意到$g(1)=1,g(0)=1+a,{g}'(x)=\frac{a(x-1+\sqrt{2})(x-1-\sqrt{2})}{{e}^{x}}$,
令g′(x)>0,解得$-1<x<1-\sqrt{2}$或$x>1+\sqrt{2}$,令g′(x)<0,解得$1-\sqrt{2}<x<1+\sqrt{2}$,
∴g(x)在$(-1,1-\sqrt{2}),(1+\sqrt{2},+∞)$单调递增,在$(1-\sqrt{2},1+\sqrt{2})$单调递减,且x>1时,g(x)>0,
①若g(0)=1+a≥0,当x>0时,g(x)>0,f(x)单调递增,不合题意;
②若g(0)=1+a<0,g(0)g(1)<0,则存在x0∈(0,1),使得g(x0)=0,
且当x∈(0,x0)时,g(x)<g(0)=0,f(x)单调递减,则f(x0)<f(0)=0,
当x>1时,f(x)>ln(1+x)+a>0,f(e-a-1)>0,则由零点存在性定理可知f(x)在(1,e-a-1)上存在一个根,
当$1-\sqrt{2}<x<0$时,g(x)<0,f(x)单调递减,$f(1-\sqrt{2})>f(0)=0$,
当$-1<x<1-\sqrt{2}$时,f(x)<ln(1+x)-ae<0,f(eae-1)<0,则由零点存在性定理可知f(x)在$({e}^{ae}-1,1-\sqrt{2})$上存在一个根.
综上,实数a的取值范围为(-∞,-1).