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高中数学选择性必修 第二册(381题)



若函数 \( f\left(x\right)=\left({x}^{2}+1\right){e}^{x}-mx-1\)  \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 有两个零点,求\(m\)的取值范围.




知识点:第五章 一元函数的导数及其应用


参考答案:见解析


解析:


因为 \( f\left(x\right)=\left({x}^{2}+1\right){e}^{x}-mx-1\) ,所以 \( f\text{'}\left(x\right)={\left(x+1\right)}^{2}{e}^{x}-m\) 



 \(m⩽0\) 时, \( f\text{'}\left(x\right)⩾0\)  \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 为增函数,所以 \( f\left(x\right)\) 在\(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 至多一个零点.



 \( m>0\) 时,由(1)得 \( f\text{'}\left(x\right)\) 在 \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 为增函数.因为 \( f\text{'}\left(0\right)=1-m\) \( f\left(0\right)=0\) .



)当 \( m=1\) 时, \( f\text{'}\left(0\right)=0\)  \( x>0\) 时, \( f\text{'}\left(x\right)>0\)  \( -1<x<0\) 时,\( f\text{'}\left(x\right)<0\) 



所以 \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,0} \right )\) 为减函数,在 \(\left . {[0,+\infty } \right )\) 为增函数, \(f\left ( {x} \right )_{\text{min}}=f\left ( {0} \right )=0\) .



 \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 有且只有一个零点.



)当 \( m>1\) 时, \( f\text{'}\left(0\right)<0\)  \( f\text{'}\left(m\right)={\left(m+1\right)}^{2}{e}^{m}-m>0\) \( \exists {x}_{0}\in \left(0,m\right)\),使得 \( f\text{'}\left({x}_{0}\right)=0\) 



 \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,{x}_{0}} \right )\) 为减函数,在 \(\left( {{x_0}, + \infty } \right)\) 为增函数.



所以 \( f\left({x}_{0}\right)<f\left(0\right)=0\) ,又 \( f\left(m\right)=\left({m}^{2}+1\right){e}^{m}-{m}^{2}-1>\left({m}^{2}+1\right)-{m}^{2}-1=0\) 



根据零点存在性定理, \( f\left(x\right)\)  \( \left({x}_{0},m\right)\) 有且只有一个零点,又 \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,{x}_{0}} \right )\) 上有且只有一个零点0.



故当 \( m>1\) 时, \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 有两个零点.



)当 \( 0<m<1\) 时,\( f\text{'}\left(-1\right)=-m<0\) \( f\text{'}\left(0\right)>0\) \( \exists {x}_{0}\in \left(-\mathrm{1,0}\right)\) ,使得\( f\text{'}\left({x}_{0}\right)=0\) ,且 \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1{,x}_{0}} \right )\) 为减函数,在 \(\left( {{x_0}, + \infty } \right)\) 为增函数.



因为\( f\left(x\right)\)  \(\left( {{x_0}, + \infty } \right)\) 有且只有一个零点0,若 \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 有两个零点,则 \( f\left(x\right)\) 在 \(\left . {[-1{,x}_{0}} \right )\) 有且只有一个零点.



 \( f\left({x}_{0}\right)<f\left(0\right)=0\) ,所以 \( f\left(-1\right)⩾0\)  \( f\left(-1\right)=\frac{2}{e}+m-1⩾0\) ,所以\( m⩾1-\frac{2}{e}\) 



即当 \( 1-\frac{2}{e}⩽m<1\)  \( f\left(x\right)\)  \(\left . {[-1,+\infty } \right )\) 有两个零点.



综上, \(m\)的取值范围为 \( 1-\frac{2}{e}⩽m<1\) 或 \( m>1\)


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