题目: 已知函数 ( f(x) = e^x
ax ) (( a in mathbb{R} )).
(1)讨论 ( f(x) ) 的单调性;
(2)若 ( f(x) geq 0 ) 恒成立,求 ( a ) 的取值范围.
答案详解:
(1)单调性讨论:
求导: ( f'(x) = e^x
a ).
分类讨论:
1. 当 ( a leq 0 ) 时: ( e^x
a > 0 ) 恒成立,所以 ( f'(x) > 0 ),函数在 ( (-infty, +infty) ) 上单调递增。
2. 当 ( a > 0 ) 时: 令 ( f'(x) = 0 ),得 ( e^x = a ),即 ( x = ln a ).
当 ( x < ln> ( e^x < a>
当 ( x > ln a ) 时: ( e^x > a ),所以 ( f'(x) > 0 ),函数单调递增.
结论:
( a leq 0 ):单调递增区间为 ( (-infty, +infty) ).
( a > 0 ):单调递减区间为 ( (-infty, ln a) ),单调递增区间为 ( (ln a, +infty) ).
(2)恒成立问题求 ( a ) 范围:
分析: 要使 ( f(x) = e^x
ax geq 0 ) 恒成立,需找 ( a ) 使得函数最小值 ( geq 0 ).
利用(1)的单调性:
1. 当 ( a leq 0 ) 时: 函数单调递增,无最小值(当 ( x
o -infty ) 时,( f(x)
o -infty )),不满足恒大于等于0,故排除。
2. 当 ( a > 0 ) 时: 函数在 ( x = ln a ) 处取得极小值(也是最小值),最小值为 ( f(ln a) = a
a ln a ).
建立不等式: 需 ( a
a ln a geq 0 )。
因为 ( a > 0 ),可化为 ( 1
ln a geq 0 ),即 ( ln a leq 1 ),解得 ( a leq e ).
结合条件: ( a > 0 ) 且 ( a leq e ),所以 ( 0 < a>
最终答案: ( a ) 的取值范围是 ( (0, e] ).
核心要点:
单调性讨论标准流程:先求导,再根据导数正负对参数分类。
恒成立问题关键:结合单调性找到最小值点,让最小值满足条件。
本题典型套路:指数函数与线性函数组合,讨论极值点存在性。