(本小题满分 12 分) 已知函数 f(x)= k x+1…——2008 高考数学第 21 题答案解析

2008_退役省自主命题 (2008·理)

2008 全国 第 21 题 解答题 区分题
2008_退役省自主命题 (2008·理)

21.(本小题满分 12 分)
已知函数 $f(x)=\frac{k x+1}{x^{2}+c}(c>0$ 且 $c \neq 1, k \in \mathbf{R})$ 恰有一个极大值点和一个极小值点,其中一个是 $x=-c$ .
(I)求函数 $f(x)$ 的另一个极值点;
(II)求函数 $f(x)$ 的极大值 $M$ 和极小值 $m$ ,并求 $M-m \geqslant 1$ 时 $k$ 的取值范围.

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【解答】
解:( I )$f^{\prime}(x)=\frac{k\left(x^{2}+c\right)-2 x(k x+1)}{\left(x^{2}+c\right)^{2}}=\frac{-k x^{2}-2 x+c k}{\left(x^{2}+c\right)^{2}}$ ,由题意知 $f^{\prime}(-c)=0$ ,

即得 $c^{2} k-2 c-c k=0, ~(*) \because c \neq 0, \therefore k \neq 0$ .
由 $f^{\prime}(x)=0$ 得 $-k x^{2}-2 x+c k=0$ ,

由韦达定理知另一个极值点为 $x=1$(或 $x=c-\frac{2}{k}$ ).
(II)由(*)式得 $k=\frac{2}{c-1}$ ,即 $c=1+\frac{2}{k}$ .
当 $c>1$ 时,$k>0$ ;当 $0<c<1$ 时,$k<-2$ .
(i)当 $k>0$ 时,$f(x)$ 在 $(-\infty,-c)$ 和 $(1,+\infty)$ 内是减函数,在 $(-c, 1)$ 内是增函数.
$\therefore M=f(1)=\frac{k+1}{c+1}=\frac{k}{2}>0$ ,
$m=f(-c)=\frac{-k c+1}{c^{2}+c}=\frac{-k^{2}}{2(k+2)}<0$,
由 $M-m=\frac{k}{2}+\frac{k^{2}}{2(k+2)} \geqslant 1$ 及 $k>0$ ,解得 $k \geqslant \sqrt{2}$ 。
(ii)当 $k<-2$ 时,$f(x)$ 在 $(-\infty,-c)$ 和 $(1,+\infty)$ 内是增函数,在 $(-c, 1)$ 内是减函数.
$\therefore M=f(-c)=\frac{-k^{2}}{2(k+2)}>0, \quad m=f(1)=\frac{k}{2}<0$
$M-m=\frac{-k^{2}}{2(k+2)}-\frac{k}{2}=1-\frac{(k+1)^{2}+1}{k+2} \geqslant 1$ 恒成立.
综上可知,所求 $k$ 的取值范围为 $(-\infty,-2) \cup[\sqrt{2},+\infty)$ .

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