Math Problem Statement

请用高中生的知识解答下面问题,已知函数f(x)=xe**(x-1)-2x/a+a(a≠0),当a=1时,求f(x)的单调区间

Solution

首先,我们给定了函数 f(x)=xex12xa+af(x) = x e^{x-1} - \frac{2x}{a} + a,其中 a0a \neq 0

a=1a = 1 时,函数变为:

f(x)=xex12x+1f(x) = x e^{x-1} - 2x + 1

1. 求导数

为了分析函数的单调性,我们需要求出 f(x)f(x) 的导数 f(x)f'(x),然后通过导数的符号判断函数的单调性。

首先,我们对 f(x)=xex12x+1f(x) = x e^{x-1} - 2x + 1 求导数:

  • xex1x e^{x-1} 部分使用乘积法则求导:

ddx(xex1)=ex1+xex11=ex1(1+x)\frac{d}{dx} \left( x e^{x-1} \right) = e^{x-1} + x e^{x-1} \cdot 1 = e^{x-1}(1 + x)

  • 2x-2x 部分的导数是 2-2

  • 常数项 +1+1 的导数是 00

因此,f(x)f'(x) 为:

f(x)=ex1(1+x)2f'(x) = e^{x-1}(1 + x) - 2

2. 判断单调性

要判断单调性,我们需要找到 f(x)=0f'(x) = 0 的解,进而确定 f(x)f'(x) 的符号。

f(x)=ex1(1+x)2=0f'(x) = e^{x-1}(1 + x) - 2 = 0

移项得:

ex1(1+x)=2e^{x-1}(1 + x) = 2

这时,我们无法通过简单的代数方法求出 xx 的具体解,但可以利用数值方法或者图像化方法分析该方程的解。此时可以大致估计 xx 的值,或者利用数值计算工具得到精确解。

3. 讨论单调区间

  • f(x)>0f'(x) > 0 时,函数 f(x)f(x) 单调递增;
  • f(x)<0f'(x) < 0 时,函数 f(x)f(x) 单调递减。

通过解 f(x)=0f'(x) = 0 的方程,并分析 f(x)f'(x) 的符号,我们可以确定函数 f(x)f(x) 在不同区间的单调性。

总结

  1. 求出导数 f(x)=ex1(1+x)2f'(x) = e^{x-1}(1 + x) - 2
  2. 解方程 ex1(1+x)=2e^{x-1}(1 + x) = 2,并分析解的符号。
  3. 由此可以得出函数 f(x)f(x) 的单调区间。

如果你需要更详细的解答或帮助分析导数的解,可以告诉我。


相关问题:

  1. 如何利用导数判断函数的单调性?
  2. 如何使用数值方法求解非线性方程?
  3. 介绍一下一阶导数与函数单调性之间的关系。
  4. 你能解释什么是函数的极值点吗?
  5. 在数学分析中,如何区分函数的递增区间和递减区间?

小提示:

在解含有指数的方程时,可以通过图像化或者数值方法来找到根,而不必依赖解析解。

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Differentiation
Monotonicity of functions
Exponential functions
Algebra

Formulas

f'(x) = e^{x-1}(1 + x) - 2

Theorems

First derivative test for monotonicity

Suitable Grade Level

High School