Question

15．設(shè)函數(shù)f（x）=ln（x+1）+a（x²-x），其中a∈R，
（Ⅰ）討論函數(shù)f（x）極值點(diǎn)的個(gè)數(shù)，并說(shuō)明理由；
（Ⅱ）若?x＞0，f（x）≥0成立，求a的取值范圍．

Answer 1

分析 （I）函數(shù)f（x）=ln（x+1）+a（x²-x），其中a∈R，x∈（-1，+∞）．${f}^{′}（x）=\frac{1}{x+1}+2ax-a$=$\frac{2a{x}^{2}+ax-a+1}{x+1}$．令g（x）=2ax²+ax-a+1．對(duì)a與△分類討論可得：（1）當(dāng)a=0時(shí)，此時(shí)f′（x）＞0，即可得出函數(shù)的單調(diào)性與極值的情況．
（2）當(dāng)a＞0時(shí)，△=a（9a-8）．①當(dāng)$0＜a≤\frac{8}{9}$時(shí)，△≤0，②當(dāng)a$＞\frac{8}{9}$時(shí)，△＞0，即可得出函數(shù)的單調(diào)性與極值的情況．
（3）當(dāng)a＜0時(shí)，△＞0．即可得出函數(shù)的單調(diào)性與極值的情況．
（II）由（I）可知：（1）當(dāng)0≤a$≤\frac{8}{9}$時(shí)，可得函數(shù)f（x）在（0，+∞）上單調(diào)性，即可判斷出．
（2）當(dāng)$\frac{8}{9}$＜a≤1時(shí)，由g（0）≥0，可得x₂≤0，函數(shù)f（x）在（0，+∞）上單調(diào)性，即可判斷出．
（3）當(dāng)1＜a時(shí)，由g（0）＜0，可得x₂＞0，利用x∈（0，x₂）時(shí)函數(shù)f（x）單調(diào)性，即可判斷出；
（4）當(dāng)a＜0時(shí)，設(shè)h（x）=x-ln（x+1），x∈（0，+∞），研究其單調(diào)性，即可判斷出

解答 解：（I）函數(shù)f（x）=ln（x+1）+a（x²-x），其中a∈R，x∈（-1，+∞）．
${f}^{′}（x）=\frac{1}{x+1}+2ax-a$=$\frac{2a{x}^{2}+ax-a+1}{x+1}$．
令g（x）=2ax²+ax-a+1．
（1）當(dāng)a=0時(shí)，g（x）=1，此時(shí)f′（x）＞0，函數(shù)f（x）在（-1，+∞）上單調(diào)遞增，無(wú)極值點(diǎn)．
（2）當(dāng)a＞0時(shí)，△=a²-8a（1-a）=a（9a-8）．
①當(dāng)$0＜a≤\frac{8}{9}$時(shí)，△≤0，g（x）≥0，f′（x）≥0，函數(shù)f（x）在（-1，+∞）上單調(diào)遞增，無(wú)極值點(diǎn)．
②當(dāng)a$＞\frac{8}{9}$時(shí)，△＞0，設(shè)方程2ax²+ax-a+1=0的兩個(gè)實(shí)數(shù)根分別為x₁，x₂，x₁＜x₂．
∵x₁+x₂=$-\frac{1}{2}$，
∴${x}_{1}＜-\frac{1}{4}$，${x}_{2}＞-\frac{1}{4}$．
由g（-1）＞0，可得-1＜x₁$＜-\frac{1}{4}$．
∴當(dāng)x∈（-1，x₁）時(shí)，g（x）＞0，f′（x）＞0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞增；
當(dāng)x∈（x₁，x₂）時(shí)，g（x）＜0，f′（x）＜0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞減；
當(dāng)x∈（x₂，+∞）時(shí)，g（x）＞0，f′（x）＞0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞增．
因此函數(shù)f（x）有兩個(gè)極值點(diǎn)．
（3）當(dāng)a＜0時(shí)，△＞0．由g（-1）=1＞0，可得x₁＜-1＜x₂．
∴當(dāng)x∈（-1，x₂）時(shí)，g（x）＞0，f′（x）＞0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞增；
當(dāng)x∈（x₂，+∞）時(shí)，g（x）＜0，f′（x）＜0，函數(shù)f（x）單調(diào)遞減．
因此函數(shù)f（x）有一個(gè)極值點(diǎn)．
綜上所述：當(dāng)a＜0時(shí)，函數(shù)f（x）有一個(gè)極值點(diǎn)；
當(dāng)0≤a$≤\frac{8}{9}$時(shí)，函數(shù)f（x）無(wú)極值點(diǎn)；
當(dāng)a$＞\frac{8}{9}$時(shí)，函數(shù)f（x）有兩個(gè)極值點(diǎn)．
（II）由（I）可知：
（1）當(dāng)0≤a$≤\frac{8}{9}$時(shí)，函數(shù)f（x）在（0，+∞）上單調(diào)遞增．
∵f（0）=0，
∴x∈（0，+∞）時(shí)，f（x）＞0，符合題意．
（2）當(dāng)$\frac{8}{9}$＜a≤1時(shí)，由g（0）≥0，可得x₂≤0，函數(shù)f（x）在（0，+∞）上單調(diào)遞增．
又f（0）=0，
∴x∈（0，+∞）時(shí)，f（x）＞0，符合題意．
（3）當(dāng)1＜a時(shí)，由g（0）＜0，可得x₂＞0，
∴x∈（0，x₂）時(shí)，函數(shù)f（x）單調(diào)遞減．
又f（0）=0，
∴x∈（0，x₂）時(shí)，f（x）＜0，不符合題意，舍去；
（4）當(dāng)a＜0時(shí)，設(shè)h（x）=x-ln（x+1），x∈（0，+∞），h′（x）=$\frac{x}{x+1}$＞0．
∴h（x）在（0，+∞）上單調(diào)遞增．
因此x∈（0，+∞）時(shí)，h（x）＞h（0）=0，即ln（x+1）＜x，
可得：f（x）＜x+a（x²-x）=ax²+（1-a）x，
當(dāng)x＞$1-\frac{1}{a}$時(shí)，
ax²+（1-a）x＜0，此時(shí)f（x）＜0，不合題意，舍去．
綜上所述，a的取值范圍為[0，1]．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算法則、利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性極值，考查了分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，考查了分類討論思想方法、推理能力與計(jì)算能力，屬于難題．