已知函数f(x)=(ax2-2x+1)•e-x(a∈R,e为自然对数的底数).(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)的极值;(Ⅱ)若函数f(x)在[-1,1]上单调递减,求a的取值范围.

问题描述:

已知函数f(x)=(ax2-2x+1)•e-x(a∈R,e为自然对数的底数).
(Ⅰ)当a=1时,求函数f(x)的极值;
(Ⅱ)若函数f(x)在[-1,1]上单调递减,求a的取值范围.

( I)当a=1时,f(x)=(x2-2x+1)•e-x
f'(x)=(2x-2)•e-x-(x2-2x+1)•e-x=-(x-1)(x-3)•e-x…(2分)
当x变化时,f(x),f'(x)的变化情况如下表:

x (-∞,1) 1 (1,3) 3 (3,+∞)
f'(x) - 0 + 0 -
f(x) 递减 极小值 递增 极大值 递减
所以,当a=1时,函数f(x)的极小值为f(1)=0,极大值为f(3)=4e-3.…(5分)
( II)f'(x)=(2ax-2)•e-x-(ax2-2x+1)•e-x=-e-x[ax2-2ax-2x+3]
令g(x)=ax2-2(a+1)x+3
①若a=0,则g(x)=-2x+3,在(-1,1)内,g(x)>0,
即f'(x)<0,函数f(x)在区间[-1,1]上单调递减.…(7分)
②若a>0,则g(x)=ax2-2(a+1)x+3,其图象是开口向上的抛物线,对称轴为x=
a+1
a
>1

当且仅当g(1)≥0,即0<a≤1时,在(-1,1)内g(x)>0,f'(x)<0,
函数f(x)在区间[-1,1]上单调递减.…(9分)
③若a<0,则g(x)=ax2-2(a+1)x+3,其图象是开口向下的抛物线,
当且仅当
g(−1)≥0
g(1)≥0
,即
5
3
≤a<0
时,在(-1,1)内g(x)>0,f'(x)<0,
函数f(x)在区间[-1,1]上单调递减.…(11分)
综上所述,函数f(x)在区间[-1,1]上单调递减时,a的取值范围是
5
3
≤a≤1
.…(12分)
答案解析:(I)先确定函数的定义域然后求出函数的导涵数fˊ(x),在函数的定义域内解不等式fˊ(x)>0和fˊ(x)<0,即可求出函数的单调区间,然后根据极值的定义进行判定极值即可.(II)令导函数f′(x)=-(x-1)(x-3)•e-x≤0在x∈[-1,1]时恒成立即可求出a的范围.
考试点:利用导数研究函数的极值;函数的单调性与导数的关系.
知识点:本题主要考查了利用导数研究函数的极值,以及函数单调区间等有关基础知识,考查运算求解能力,属于中档题.