(本小题满分 16 分) 设函数 f(x)=ln x-a…——2013 高考数学第 19 题答案解析

2013_江苏卷 (2013)

2013 江苏 第 19 题 解答题 区分题
2013_江苏卷 (2013)

20、(本小题满分 16 分)
设函数 $f(x)=\ln x-a x, g(x)=e^{x}-a x$ ,其中 $a$ 为实数。

(1)若 $f(x)$ 在 $(1,+\infty)$ 上是单调减函数,且 $g(x)$ 在 $(1,+\infty)$ 上有最小值,求 $a$ 的取值范围
(2)若 $g(x)$ 在 $(-1,+\infty)$ 上是单调增函数,试求 $f(x)$ 的零点个数,并证明你的结论。

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【解答】
解:(1)$f^{\prime}(x)=\frac{1}{x}-a \leqslant 0$ 在 $(1,+\infty)$ 上恒成立,则 $a \geqslant \frac{1}{x}, x \in(1,+\infty)$ .
故:$a \geqslant 1$ .
$g^{\prime}(x)=\mathrm{e}^{x}-a$,
若 $1 \leqslant a \leqslant \mathrm{e}$ ,则 $g^{\prime}(x)=\mathrm{e}^{x}-a \geqslant 0$ 在 $(1,+\infty)$ 上恒成立,
此时,$g(x)=e^{x}-a x$ 在 $(1,+\infty)$ 上是单调增函数,无最小值,不合;

若 $a>\mathrm{e}$ ,则 $g(x)=e^{x}-a x$ 在 $(1, \ln a)$ 上是单调减函数,在 $(\ln a,+\infty)$ 上是单

调增函数,$g_{\min }(x)=g(\ln a)$ ,满足.
故 $a$ 的取值范围为:$a>\mathrm{e}$ .
> ②$g^{\prime}(x)=\mathrm{e}^{x}-a \geqslant 0$ 在 $(-1,+\infty)$ 上恒成立,则 $a \leqslant \mathrm{e}^{x}$ ,
故:$a \leqslant \frac{1}{\mathrm{e}}$ .
$f^{\prime}(x)=\frac{1}{x}-a=\frac{1-a x}{x} \quad(x>0)$.
(i)若 $0<a \leqslant \frac{1}{\mathrm{e}}$ ,令 $f^{\prime}(x)>0$ 得增区间为 $\left(0, \frac{1}{a}\right)$ ;
令 $f^{\prime}(x)<0$ 得减区间为 $\left(\frac{1}{a},+\infty\right)$ .
当 $x \rightarrow 0$ 时,$f(x) \rightarrow-\infty$ ;当 $x \rightarrow+\infty$ 时,$f(x) \rightarrow-\infty$ ;
当 $x=\frac{1}{a}$ 时,$f\left(\frac{1}{a}\right)=-\ln a-1 \geqslant 0$ ,当且仅当 $a=\frac{1}{\mathrm{e}}$ 时取等号。
故:当 $a=\frac{1}{\mathrm{e}}$ 时,$f(x)$ 有 1 个零点;当 $0<a<\frac{1}{\mathrm{e}}$ 时,$f(x)$ 有 2 个零点.
(ii)若 $a=0$ ,则 $f(x)=-\ln x$ ,易得 $f(x)$ 有 1 个零点.
(iii)若 $a<0$ ,则 $f^{\prime}(x)=\frac{1}{x}-a>0$ 在 $(0,+\infty)$ 上恒成立,
即:$f(x)=\ln x-a x$ 在 $(0,+\infty)$ 上是单调增函数,
当 $x \rightarrow 0$ 时,$f(x) \rightarrow-\infty$ ;当 $x \rightarrow+\infty$ 时,$f(x) \rightarrow+\infty$ .
此时,$f(x)$ 有 1 个零点.

综上所述:当 $a=\frac{1}{\mathrm{e}}$ 或 $a<0$ 时,$f(x)$ 有 1 个零点;当 $0<a<\frac{1}{\mathrm{e}}$ 时,$f(x)$ 有 2 个零点.

✅ 来源:2013年 · 江苏 · 2013_江苏卷 (2013) · 第 19 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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