kaoyan1basic 高等数学 第1题

教材习题

📝 题目

### 【强化篇】第1题(选择题) 1.已知函数 $\displaystyle f(x)=a\left(\ln |x|+\frac{3}{2}\right)-b x^{2}$ 有 4 个不同的零点,则 $\displaystyle \frac{b}{a}$ 的取值范围是( )。 (A)$\displaystyle \left(0, \frac{\mathrm{e}}{2}\right)$ (B)$\displaystyle \left(\frac{\mathrm{e}}{2},+\infty\right)$ (C)$\displaystyle \left(0, \frac{\mathrm{e}^{2}}{2}\right)$ (D)$\displaystyle \left(\frac{\mathrm{e}^{2}}{2},+\infty\right)$

💡 答案解析

**答案**:D **解析**: 步骤1:令$f(x)=0$得$\displaystyle a\left(\ln|x|+\frac{3}{2}\right)=bx^2$,即$\displaystyle \frac{b}{a}=\frac{\ln|x|+\frac{3}{2}}{x^2}$。 步骤2:设$\displaystyle g(x)=\frac{\ln|x|+\frac{3}{2}}{x^2}$,为偶函数,考虑$x>0$。$\displaystyle g'(x)=\frac{1-2\ln x-3}{x^3}=\frac{-2\ln x-2}{x^3}$,令$g'(x)=0$得$\displaystyle x=\frac{1}{\mathrm{e}}$。 步骤3:$\displaystyle g\left(\frac{1}{\mathrm{e}}\right)=\frac{-1+\frac{3}{2}}{1/\mathrm{e}^2}=\frac{\mathrm{e}^2}{2}$,且$\lim_{x\to0^+}g(x)=-\infty$,$\lim_{x\to+\infty}g(x)=0$。有4个零点需$\displaystyle \frac{b}{a}>\frac{\mathrm{e}^2}{2}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:将方程转化为参数形式
令 f(x)=0,得 a(ln|x|+3/2)=bx^2,即 b/a = (ln|x|+3/2)/x^2。
公式:b/a = (ln|x|+3/2)/x^2
提示:注意 a≠0,否则无4个零点。
步骤 2/5
目标:构造函数并分析奇偶性
设 g(x) = (ln|x|+3/2)/x^2,易知 g(x) 为偶函数,只需考虑 x>0 的情况。
公式:g(x) = (ln x + 3/2)/x^2, x>0
提示:偶函数对称性可简化分析。
步骤 3/5
目标:求导并求极值点
对 g(x) 求导:g'(x) = [1/x * x^2 - (ln x+3/2)*2x] / x^4 = (1 - 2ln x - 3)/x^3 = (-2ln x - 2)/x^3。令 g'(x)=0,得 -2ln x - 2 = 0,即 ln x = -1,解得 x = 1/e。
公式:g'(x) = (-2ln x - 2)/x^3
提示:注意定义域 x>0。
步骤 4/5
目标:计算极值及极限
计算 g(1/e) = (ln(1/e)+3/2) / (1/e^2) = (-1+3/2) * e^2 = (1/2)e^2 = e^2/2。当 x→0+ 时,ln x → -∞,故 g(x) → -∞;当 x→+∞ 时,ln x 增长慢于 x^2,故 g(x) → 0。
公式:g(1/e) = e^2/2
提示:极限分析帮助确定函数值域。
步骤 5/5
目标:根据零点个数确定参数范围
由于 g(x) 是偶函数,在 (0,+∞) 上,g(x) 在 x=1/e 处取得最大值 e^2/2,且当 x→0+ 时趋于 -∞,当 x→+∞ 时趋于 0。因此,方程 b/a = g(x) 在 (0,+∞) 上有两个不同正根当且仅当 b/a > e^2/2。由偶函数对称性,在 (-∞,0) 上也有两个根,共4个零点。故 b/a 的取值范围是 (e^2/2, +∞)。
提示:注意偶函数导致零点成对出现。

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