题目
设函数 y=xlnx ,则下列说法正确的是(). A. 函数在x=(1)/(e)处取得极小值 B. 函数在x=e处取得极大值 C. 曲线y=xlnx在(0,+∞)内是上凸的 D. x=(1)/(e)是函数y=xlnx的驻点
设函数 y=xlnx ,则下列说法正确的是().
A. 函数在$x=\frac{1}{e}$处取得极小值
B. 函数在x=e处取得极大值
C. 曲线y=xlnx在(0,+∞)内是上凸的
D. $x=\frac{1}{e}$是函数y=xlnx的驻点
A. 函数在$x=\frac{1}{e}$处取得极小值
B. 函数在x=e处取得极大值
C. 曲线y=xlnx在(0,+∞)内是上凸的
D. $x=\frac{1}{e}$是函数y=xlnx的驻点
题目解答
答案
为了确定函数 $ y = x \ln x $ 的正确性质,我们需要分析其一阶和二阶导数。让我们一步步进行。
1. **找到一阶导数 $ y' $:**
\[
y = x \ln x
\]
使用乘积法则,该法则指出如果 $ y = uv $,那么 $ y' = u'v + uv' $,其中 $ u = x $ 和 $ v = \ln x $,我们得到:
\[
y' = 1 \cdot \ln x + x \cdot \frac{1}{x} = \ln x + 1
\]
2. **通过将一阶导数等于零来找到临界点:**
\[
y' = \ln x + 1 = 0
\]
解 $ x $:
\[
\ln x = -1 \implies x = e^{-1} = \frac{1}{e}
\]
3. **确定临界点的性质,通过使用二阶导数 $ y'' $:**
\[
y' = \ln x + 1
\]
对 $ y' $ 求导:
\[
y'' = \frac{1}{x}
\]
在 $ x = \frac{1}{e} $ 处评估 $ y'' $:
\[
y''\left( \frac{1}{e} \right) = \frac{1}{\frac{1}{e}} = e
\]
由于 $ y''\left( \frac{1}{e} \right) > 0 $,函数在 $ x = \frac{1}{e} $ 处有局部最小值。
4. **检查 $ x = \frac{1}{e} $ 是否是驻点:**
驻点是导数为零的点。从我们之前的计算中, $ y'\left( \frac{1}{e} \right) = 0 $,所以 $ x = \frac{1}{e} $ 确实是一个驻点。
5. **检查函数在 $ (0, +\infty) $ 内的凹凸性:**
二阶导数 $ y'' = \frac{1}{x} $ 对于 $ x > 0 $ 是正的。这意味着函数在 $ (0, +\infty) $ 内是上凹的(或简单地说是凹的)。
现在,让我们评估每个选项:
- **A: 函数在 $ x = \frac{1}{e} $ 处取得极小值。** 这是正确的,因为 $ y''\left( \frac{1}{e} \right) > 0 $。
- **B: 函数在 $ x = e $ 处取得极大值。** 这是错误的,因为 $ y'(e) = \ln e + 1 = 2 \neq 0 $,所以 $ x = e $ 不是一个临界点。
- **C: 曲线 $ y = x \ln x $ 在 $ (0, +\infty) $ 内是上凸的。** 这是错误的,因为函数在 $ (0, +\infty) $ 内是上凹的。
- **D: $ x = \frac{1}{e} $ 是函数 $ y = x \ln x $ 的驻点。** 这是正确的,因为 $ y'\left( \frac{1}{e} \right) = 0 $。
正确答案是 $\boxed{A}$ 和 $\boxed{D}$。
解析
考查要点:本题主要考查函数的极值、驻点及凹凸性的判断,需要熟练掌握导数的计算及应用。
解题核心思路:
- 求一阶导数,找到临界点(驻点)。
- 求二阶导数,判断临界点处的极值性质(极大或极小)。
- 分析二阶导数的符号,确定函数的凹凸性。
破题关键点:
- 驻点是导数为零的点,但不一定是极值点。
- 极值的判定需结合二阶导数的符号:二阶导数正为极小值,负为极大值。
- 凹凸性由二阶导数的符号直接决定:二阶导数正为上凹,负为上凸。
1. 求一阶导数
函数 $y = x \ln x$,应用乘积法则:
$y' = \frac{d}{dx}(x) \cdot \ln x + x \cdot \frac{d}{dx}(\ln x) = \ln x + 1$
2. 求临界点
令 $y' = 0$:
$\ln x + 1 = 0 \implies \ln x = -1 \implies x = \frac{1}{e}$
因此,$x = \frac{1}{e}$ 是驻点(选项D正确)。
3. 求二阶导数
对 $y' = \ln x + 1$ 再次求导:
$y'' = \frac{1}{x}$
4. 判断极值性质
在 $x = \frac{1}{e}$ 处:
$y''\left(\frac{1}{e}\right) = \frac{1}{\frac{1}{e}} = e > 0$
二阶导数为正,说明此处为极小值点(选项A正确)。
5. 分析凹凸性
在 $(0, +\infty)$ 内,$y'' = \frac{1}{x} > 0$,因此函数在该区间内上凹(选项C错误)。
6. 验证选项B
在 $x = e$ 处:
$y'(e) = \ln e + 1 = 1 + 1 = 2 \neq 0$
$x = e$ 不是临界点,更非极大值点(选项B错误)。