2015年山东高考理科数学试题第21题解析
2015-07-12吴金革



题目 设函数f(x)=ln(x+1)+a(x2-x),其中x∈R.
(Ⅰ)讨论函数f(x)极值点的个数,并说明理由;
(Ⅱ)若x>0,f(x)≥0成立,求a的取值范围.
1 解题思路分析与解题方法
(Ⅰ)思路 首先确定函数f(x)的定义域,求f(x)的导函数,导函数式进行化简,然后考查分子对应的函数g(x),先讨论g(x)是否为二次函数,后讨论g(x)是二次函数时实根的分布情况,从而确定g(x)、f′(x)的符号,得出函数f(x)单调区间,判断出函数f(x)的极值点个数.
解法1 由题意,知函数f(x)的定义域为(-1,+∞),f′(x)=1x+1+a(2x-1)=
2ax2+ax-a+1x+1.
令g(x)=2ax2+ax-a+1,x∈(-1,+∞).
(1)若a=0,则g(x)=1.此时f′(x)=1x+1>0,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,无极值点.
(2)若a>0,Δ=a2-8a(1-a)=a(9a-8).
当0<a≤89时,Δ≤0,g(x)≥0,f′(x)≥0,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,无极值点.
当a>89时,Δ>0,设g(x)=0的两个实根为x1,x2(不妨x1<x2),由韦达定理知x1+x2=-12(或二次函数g(x)的对称轴为直线x=-14),所以x1<-14,x2>-14.又g(-1)=1>0,所以-1<x1<-14.所以在区间(-1,x1)上,g(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增;在区间(x1,x2)上,g(x)<0,f′(x)<0,f(x)单调递减;在区间(x2,+∞)上,g(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增;因此函数f(x)有两个极值点.
(3)若a<0,Δ>0,由g(-1)=1>0和二次函数的图象性质,得x1<-1,x2>-1.所以在区间(-1,x2)上,g(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增;在区间(x2,+∞)上,g(x)<0,f′(x)<0,f(x)单调递减;因此函数f(x)有一个极值点.
综上所述,当a<0时,函数f(x)有一个极值点;当0≤a≤89时,函数f(x)无极值点;当a>89时,函数f(x)有两个极值点.
解法2 由题意,知函数f(x)的定义域为(-1,+∞),f′(x)=1x+1+a(2x-1)=2ax2+ax-a+1x+1.
令g(x)=2ax2+ax-a+1,x∈(-1,+∞).
(1)若a=0,则g(x)=1.此时f′(x)=1x+1>0,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,无极值点.
(2)若a≠0,Δ=a2-8a(1-a)=a(9a-8).
当Δ≤0时,0<a≤89,g(x)≥0,f′(x)≥0,函数f(x)在(-1,+∞)上单调递增,无极值点.
当Δ>0时,a<0或a>89,由一元二次方程的求根公式,得g(x)=0两个不等实根为x1=-a-Δ4a=-14-9a2-8a4a,x2=-a+Δ4a=-14+9a2-8a4a.①a<0时,x1=-14+149-8a>-14>-1,x2=-14-149-8a<-14-34<-1,所以在区间(-1,x1)上,g(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增;在区间(x1,+∞)上,g(x)<0,f′(x)<0,f(x)单调递减;因此函数f(x)有一个极值点.②a>89时,x1=-14-149-8a>-14-34=-1,又x2>x1,所以x2>x1>-1.所以在区间(-1,x1)上,g(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增;在区间(x1,x2)上,g(x)<0,f′(x)<0,f(x)单调递减;在区间(x2,+∞)上,g(x)>0,f′(x)>0,f(x)单调递增;因此函数f(x)有两个极值点.
综上所述,当a<0时,函数f(x)有一个极值点;当0≤a≤89时,函数f(x)无极值点;当a>89时,函数f(x)有两个极值点.
点评 g(x)为二次函数时,解法1确定g(x)符……
