已知函数f(x)=2ax+a2−1x2+1,其中a∈R.

dingdingq12022-10-04 11:39:541条回答

已知函数f(x)=
2ax+a2−1
x2+1
,其中a∈R.
(Ⅰ)当a=1时,求曲线y=f(x)在原点处的切线方程;
(Ⅱ)求f(x)的单调区间;
(Ⅲ)若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,求a的取值范围.

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linyuqing 共回答了21个问题 | 采纳率90.5%
解题思路:(Ⅰ)当a=1时,先对函数求导,然后求出 f'(0),即取消在原点处的切线斜率,可求得曲线y=f(x)在原点处的切线方程
(Ⅱ)先对函数求导,然后根据导数的符号可判断函数的单调区间
(III)由(Ⅱ)中函数的单调区间,可求出函数的最值取得的条件,然后可求a的范围

(Ⅰ)当a=1时,f(x)=
2x
x2+1,f′(x)=−2
(x+1)(x−1)
(x2+1)2.…(2分)
由 f'(0)=2,得曲线y=f(x)在原点处的切线方程是2x-y=0.…(3分)
(Ⅱ)对函数求导可得,f′(x)=
−2(x+a)(ax−1)
(1+x2)2…(4分)
①当a=0时,f′(x)=
2x
x2+1.
所以f(x)在(0,+∞)单调递增,在(-∞,0)单调递减.…(5分)
当a≠0,f′(x)=−2a
(x+a)(x−
1
a)
x2+1.
②当a>0时,令f'(x)=0,得x1=-a,x2=
1
a,f(x)与f'(x)的情况如下:

x (-∞,x1) x1 (x1,x2) x2 (x2,+∞)
f'(x) - 0 + 0 -
f(x) ↘ f(x1) ↗ f(x2) ↘故f(x)的单调减区间是(-∞,-a),(
1
a,+∞);单调增区间是(−a,
1
a).…(7分)
③当a<0时,f(x)与f'(x)的情况如下:

x (-∞,x2) x2 (x2,x1) x1 (x1,+∞)
f'(x) + 0 - 0 +
f(x) ↗ f(x2) ↘ f(x1) ↗所以f(x)的单调增区间是(−∞,
1
a);单调减区间是(−
1
a,−a),(-a,+∞).…(9分)
(Ⅲ)由(Ⅱ)得,a=0时不合题意.…(10分)
当a>0时,由(Ⅱ)得,f(x)在(0,
1
a)单调递增,在(
1
a,+∞)单调递减,
所以f(x)在(0,+∞)上存在最大值f(
1
a)=a2>0.
设x0为f(x)的零点,易知x0=
1−a2
2a,且x0<
1
a.从而x>x0时,f(x)>0;x<x0时,f(x)<0.
若f(x)在[0,+∞)上存在最小值,必有f(0)≤0,解得-1≤a≤1.
所以a>0时,若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,a的取值范围是(0,1].…(12分)
当a<0时,由(Ⅱ)得,f(x)在(0,-a)单调递减,在(-a,+∞)单调递增,
所以f(x)在(0,+∞)上存在最小值f(-a)=-1.
若f(x)在[0,+∞)上存在最大值,必有f(0)≥0,解得a≥1,或a≤-1.
所以a<0时,若f(x)在[0,+∞)上存在最大值和最小值,a的取值范围是(-∞,-1].
综上,a的取值范围是(-∞,-1]∪(0,1]. …(14分)

点评:
本题考点: 利用导数研究曲线上某点切线方程;利用导数研究函数的单调性;导数在最大值、最小值问题中的应用.

考点点评: 本题主要考查了函数的导数的几何意义的应用,导数在函数的单调区间及函数的最值求解中的应用,属于中档试题

1年前

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