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数学
题目

求函数 (x)=x(e)^x的单调区间和极值.

求函数 的单调区间和极值.

题目解答

答案

解: 函数 的定义域为R,

令 ,解得: .
列表:
x -1
- 0 +
↓ 极小值 ↑
由表可知函数 的单调递减区间为 ,单调递增区间为 .
当 时,函数 的极小值为 .

解析

考查要点:本题主要考查利用导数求函数的单调区间和极值,涉及导数的计算、导数符号分析以及极值判定。

解题核心思路:

  1. 求导:使用乘积法则对函数$f(x)=x{e}^{x}$求导,得到$f'(x)$。
  2. 求临界点:解方程$f'(x)=0$,找到可能的极值点。
  3. 分析导数符号:通过数轴法划分区间,判断导数在各区间的符号,确定单调性。
  4. 判定极值:根据导数在临界点处的符号变化,确定极值的存在性及类型。

破题关键点:

  • 导数计算:正确应用乘积法则,注意$e^x$的导数仍为$e^x$。
  • 临界点唯一性:利用$e^x > 0$的性质,快速确定临界点$x=-1$。
  • 符号分析:通过测试点法判断导数在各区间的正负,从而确定单调性。

1. 求导数

函数$f(x)=x{e}^{x}$由$x$和$e^x$相乘构成,使用乘积法则:
$f'(x) = \frac{d}{dx}(x) \cdot e^x + x \cdot \frac{d}{dx}(e^x) = e^x + x e^x = e^x (1 + x).$

2. 求临界点

令$f'(x)=0$,即:
$e^x (1 + x) = 0.$
由于$e^x > 0$对任意$x$成立,故方程等价于:
$1 + x = 0 \quad \Rightarrow \quad x = -1.$

3. 分析导数符号

将数轴分为两个区间:$(-\infty, -1)$和$(-1, +\infty)$,取测试点分析:

  • 当$x \in (-\infty, -1)$时,取$x=-2$,则$1 + x = -1 < 0$,故$f'(x) = e^x (1 + x) < 0$,函数单调递减。
  • 当$x \in (-1, +\infty)$时,取$x=0$,则$1 + x = 1 > 0$,故$f'(x) = e^x (1 + x) > 0$,函数单调递增。

4. 判定极值

在$x=-1$处,导数由负变正,因此该点为极小值点,极小值为:
$f(-1) = (-1) \cdot e^{-1} = -\frac{1}{e}.$

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