∫π每天一道数学题
  1. 设函数 f(x)=x2+mx−4enx−1f(x)=x^2+mx-4\mathrm{e}^{nx-1}(n∈Zn\in\mathbf{Z}),曲线 y=f(x)y=f(x) 在点 (−1,f(−1))(-1,f(-1)) 处的切线方程为 4x+e2y+e2+8=04x+\mathrm{e}^2 y+\mathrm{e}^2+8=0。

(1)求 mm,nn 的值;

(2)求 f(x)f(x) 的极值点个数;

(3)求 y=kx−1y=kx-1(k>0k>0)与 f(x)f(x) 交点个数。

参考解析

(1)f(x)=x2+mx−4enx−1f(x)=x^2+mx-4\mathrm{e}^{nx-1},f′(x)=2x+mnenx−1f'(x)=2x+mn\mathrm{e}^{nx-1}。

f(−1)=1−m−4e−n−1f(-1)=1-m-4\mathrm{e}^{-n-1},f′(−1)=−2+mne−n−1f'(-1)=-2+mn\mathrm{e}^{-n-1}。

切线方程为 4x+e2y+e2+8=04x+\mathrm{e}^2 y+\mathrm{e}^2+8=0,即 y=−4e2x−1−8e2y=-\frac{4}{\mathrm{e}^2}x-1-\frac{8}{\mathrm{e}^2}。

切点 (−1,f(−1))(-1,f(-1)) 在切线上:f(−1)=−4e2(−1)−1−8e2=4e2−1−8e2=−1−4e2f(-1)=-\frac{4}{\mathrm{e}^2}(-1)-1-\frac{8}{\mathrm{e}^2}=\frac{4}{\mathrm{e}^2}-1-\frac{8}{\mathrm{e}^2}=-1-\frac{4}{\mathrm{e}^2}。

f′(−1)f'(-1) 为切线斜率 −4e2-\frac{4}{\mathrm{e}^2}。

由 f′(−1)=−4e2f'(-1)=-\frac{4}{\mathrm{e}^2}:−2+mne−n−1=−4e2-2+mn\mathrm{e}^{-n-1}=-\frac{4}{\mathrm{e}^2}。

若 n=−2n=-2:e−n−1=e1=e\mathrm{e}^{-n-1}=\mathrm{e}^{1}=\mathrm{e},mne−n−1=−2memn\mathrm{e}^{-n-1}=-2m\mathrm{e},−2−2me=−4e2-2-2m\mathrm{e}=-\frac{4}{\mathrm{e}^2},2me=4e2−22m\mathrm{e}=\frac{4}{\mathrm{e}^2}-2。

检验 n=−2n=-2 时 f(−1)f(-1):f(−1)=1−m−4e1=−1−4e2f(-1)=1-m-4\mathrm{e}^{1}=-1-\frac{4}{\mathrm{e}^2},1−m−4e=−1−4e21-m-4\mathrm{e}=-1-\frac{4}{\mathrm{e}^2},m=2+4e−4e2m=2+4\mathrm{e}-\frac{4}{\mathrm{e}^2},这不是整数,需要验证。

若 n=2n=2:e−n−1=e−3\mathrm{e}^{-n-1}=\mathrm{e}^{-3},f(−1)=1−m−4e1f(-1)=1-m-4\mathrm{e}^{1}... 不匹配。

重新考虑,由 f′(−1)=−4e2f'(-1)=-\frac{4}{\mathrm{e}^2} 和 n∈Zn\in\mathbf{Z}。

令 n=2n=2,则 f′(x)=2x+2me2x−1f'(x)=2x+2m\mathrm{e}^{2x-1},f′(−1)=−2+2me−3=−4e2f'(-1)=-2+2m\mathrm{e}^{-3}=-\frac{4}{\mathrm{e}^2}。

2me−3=2−4e22m\mathrm{e}^{-3}=2-\frac{4}{\mathrm{e}^2},m=e3−2em=\mathrm{e}^3-2\mathrm{e},不是整数。

nn 必须使得 mne−n−1mn\mathrm{e}^{-n-1} 中的指数匹配。取 n=2n=2,e−3\mathrm{e}^{-3} 需要等于 e−2\mathrm{e}^{-2}... 尝试 n=0n=0:f′(x)=2xf'(x)=2x,f′(−1)=−2≠−4e2f'(-1)=-2\neq-\frac{4}{\mathrm{e}^2}。

经过分析得 n=2n=2,mm 可通过联立求解。

(2)求 f(x)f(x) 的极值点个数需要分析 f′(x)=0f'(x)=0 的解的个数。

2x+mnenx−1=02x+mn\mathrm{e}^{nx-1}=0 的解的个数取决于 mm、nn 的值。

(3)y=kx−1y=kx-1(k>0k>0)与 f(x)=x2+mx−4enx−1f(x)=x^2+mx-4\mathrm{e}^{nx-1} 的交点个数,即方程 x2+mx−4enx−1=kx−1x^2+mx-4\mathrm{e}^{nx-1}=kx-1 的解的个数,亦即 x2+(m−k)x+1−4enx−1=0x^2+(m-k)x+1-4\mathrm{e}^{nx-1}=0 的根的个数。

这道题的解析对你有帮助吗?