(13 分)设函数 f(x)= x^ 2 2 -k ln…——2015 高考数学第 19 题答案解析

2015_北京卷 (2015·文)

2015 北京 第 19 题 解答题 区分题
2015_北京卷 (2015·文)

19.(13 分)设函数 $f(x)=\frac{x^{2}}{2}-k \ln x, k>0$ .
(1)求 $f(x)$ 的单调区间和极值;
(2)证明:若 $f(x)$ 存在零点,则 $f(x)$ 在区间 $(1, \sqrt{e}]$ 上仅有一个零点.

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【考点】6B:利用导数研究函数的单调性;6D:利用导数研究函数的极值.
【专题】26:开放型;53:导数的综合应用.
【分析】(1)利用 $f^{\prime}(x) \geqslant 0$ 或 $f^{\prime}(x) \leqslant 0$ 求得函数的单调区间并能求出极值;
(2)利用函数的导数的极值求出最值,利用最值讨论存在零点的情况.
【解答】解:(1)由 $f(x)=\frac{x^{2}}{2}-k \ln x(k>0)$
$f^{\prime}(x)=x-\frac{k}{x}=\frac{x^{2}-k}{x}$
由 $f^{\prime}(x)=0$ 解得 $x=\sqrt{k}$
$f(x)$ 与 $f^{\prime}(x)$ 在区间 $(0,+\infty)$ 上的情况如下:

X$(0, \sqrt{\mathrm{k}})$$\sqrt{\mathrm{k}}$( $\sqrt{\mathrm{k}},+\infty$ )
f'(x)-0+
f(x)↓$\frac{\mathrm{k}(1-\mathrm{lnk})}{2}$↑

所以,$f(x)$ 的单调递增区间为 $(\sqrt{k},+\infty)$ ,单调递减区间为 $(0, \sqrt{k})$ ;
$f(x)$ 在 $x=\sqrt{k}$ 处的极小值为 $f(\sqrt{k})=\frac{k(1-\ln k)}{2}$ ,无极大值。
(2)证明:由(1)知,$f(x)$ 在区间 $(0,+\infty)$ 上的最小值为 $f(\sqrt{k}) =\frac{k(1-\ln k)}{2}$.
因为 $f(x)$ 存在零点,所以 $\frac{k(1-\ln k)}{2} \leqslant 0$ ,从而 $k \geqslant e$

当 $k=e$ 时,$f(x)$ 在区间 $(1, \sqrt{e})$ 上单调递减,且 $f(\sqrt{e})=0$
所以 $x=\sqrt{e}$ 是 $f(x)$ 在区间 $(1, \sqrt{e})$ 上唯一零点。
当 $k>e$ 时,$f(x)$ 在区间 $(0, \sqrt{e})$ 上单调递减,且 $\mathrm{f}(1)=\frac{1}{2}>0, \mathrm{f}(\sqrt{\mathrm{e}})=\frac{\mathrm{e}-\mathrm{k}}{2}<0$,
所以 $f(x)$ 在区间 $(1, \sqrt{e})$ 上仅有一个零点.
综上所述,若 $f(x)$ 存在零点,则 $f(x)$ 在区间 $(1, \sqrt{e}]$ 上仅有一个零点.
【点评】本题考查利用函数的导数求单调区间和导数的综合应用,在高考中属于常见题型。

✅ 来源:2015年 · 北京 · 2015_北京卷 (2015·文) · 第 19 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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核心考法
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