题目
已知函数f(x)=(2x)/(1+(x)^2),求:(1)函数f(x)的极值,单调区间;(2)确定方程f(x)=(1)/(2)在(-1,1)内的实根个数.(直接写结果,不必说明理由)
已知函数f(x)=$\frac{2x}{1+{x}^{2}}$,求:
(1)函数f(x)的极值,单调区间;
(2)确定方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数.(直接写结果,不必说明理由)
(1)函数f(x)的极值,单调区间;
(2)确定方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数.(直接写结果,不必说明理由)
题目解答
答案
解:(1)已知f(x)=$\frac{2x}{1+{x}^{2}}$,函数定义域为R,
可得f′(x)=$\frac{2-2x^{2}}{(x^{2}+1)^{2}}$,
当x<-1时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当-1<x<1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
此时函数f(x)的单调递增区间为(-1,1),单调递减区间为(-1,+∞),(1,+∞),
所以当x=-1时,函数f(x)取得极小值,极小值f(-1)=-1,
当x=1时,函数f(x)取得极大值,极大值f(1)=1;
(2)要求方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数,
即求函数g(x)=f(x)-$\frac{1}{2}$在(-1,1)与x轴的交点个数,
易知g(x)=$\frac{2x}{1+{x}^{2}}$-$\frac{1}{2}$=$\frac{-x^{2}+4x-1}{2(1+x^{2})}$,函数定义域为(-1,1),
易知2(1+x2)>0在(-1,1)上恒成立,
不妨设h(x)=-x2+4x-1,函数定义域为(-1,1),
因为函数h(x)是开口向下的二次函数,对称轴x=2,
所以函数h(x)在定义域上单调递增,
即函数g(x)在(-1,1)上单调递增,
又g(-1)=-$\frac{3}{2}$<0,g(1)=$\frac{1}{2}$>0,
所以在区间(-1,1)上存在x0,使得g(x0)=0,
则函数g(x)在(-1,1)上与x轴有且仅有一个交点,
故方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内共有1个实根.
可得f′(x)=$\frac{2-2x^{2}}{(x^{2}+1)^{2}}$,
当x<-1时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当-1<x<1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当x>1时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
此时函数f(x)的单调递增区间为(-1,1),单调递减区间为(-1,+∞),(1,+∞),
所以当x=-1时,函数f(x)取得极小值,极小值f(-1)=-1,
当x=1时,函数f(x)取得极大值,极大值f(1)=1;
(2)要求方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数,
即求函数g(x)=f(x)-$\frac{1}{2}$在(-1,1)与x轴的交点个数,
易知g(x)=$\frac{2x}{1+{x}^{2}}$-$\frac{1}{2}$=$\frac{-x^{2}+4x-1}{2(1+x^{2})}$,函数定义域为(-1,1),
易知2(1+x2)>0在(-1,1)上恒成立,
不妨设h(x)=-x2+4x-1,函数定义域为(-1,1),
因为函数h(x)是开口向下的二次函数,对称轴x=2,
所以函数h(x)在定义域上单调递增,
即函数g(x)在(-1,1)上单调递增,
又g(-1)=-$\frac{3}{2}$<0,g(1)=$\frac{1}{2}$>0,
所以在区间(-1,1)上存在x0,使得g(x0)=0,
则函数g(x)在(-1,1)上与x轴有且仅有一个交点,
故方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内共有1个实根.
解析
步骤 1:求导数
首先,我们对函数f(x)=$\frac{2x}{1+{x}^{2}}$求导,得到f′(x)=$\frac{2-2x^{2}}{(x^{2}+1)^{2}}$。
步骤 2:确定单调区间
根据导数f′(x)的符号,我们可以确定函数的单调区间。当f′(x)>0时,函数单调递增;当f′(x)<0时,函数单调递减。
步骤 3:求极值
在单调区间变化的地方,即导数f′(x)=0的点,我们求出函数的极值。
步骤 4:确定方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数
我们构造函数g(x)=f(x)-$\frac{1}{2}$,然后求g(x)在(-1,1)内的零点个数,即方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数。
首先,我们对函数f(x)=$\frac{2x}{1+{x}^{2}}$求导,得到f′(x)=$\frac{2-2x^{2}}{(x^{2}+1)^{2}}$。
步骤 2:确定单调区间
根据导数f′(x)的符号,我们可以确定函数的单调区间。当f′(x)>0时,函数单调递增;当f′(x)<0时,函数单调递减。
步骤 3:求极值
在单调区间变化的地方,即导数f′(x)=0的点,我们求出函数的极值。
步骤 4:确定方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数
我们构造函数g(x)=f(x)-$\frac{1}{2}$,然后求g(x)在(-1,1)内的零点个数,即方程f(x)=$\frac{1}{2}$在(-1,1)内的实根个数。