Question

已知函數(shù)，且在上的最大值為，
（1）求函數(shù)f（x）的解析式；
（2）判斷函數(shù)f（x）在（0，π）內(nèi)的零點(diǎn)個數(shù)，并加以證明．

Answer 1

【答案】分析：（I）由題意，可借助導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)，在上的單調(diào)性，確定出最值，令最值等于，即可得到關(guān)于a的方程，由于a的符號對函數(shù)的最值有影響，故可以對a的取值范圍進(jìn)行討論，分類求解；
（II）借助導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)f（x）在（0，π）內(nèi)單調(diào)性，由零點(diǎn)判定定理即可得出零點(diǎn)的個數(shù)．
解答：解：（I）由已知得f′（x）=a（sinx+xcosx），對于任意的x∈（0，），有sinx+xcosx＞0，當(dāng)a=0時，f（x）=-，不合題意；
當(dāng)a＜0時，x∈（0，），f′（x）＜0，從而f（x）在（0，）單調(diào)遞減，
又函數(shù)在上圖象是連續(xù)不斷的，故函數(shù)在上上的最大值為f（0）=-，不合題意；
當(dāng)a＞0時，x∈（0，），f′（x）＞0，從而f（x）在（0，）單調(diào)遞增，
又函數(shù)在上圖象是連續(xù)不斷的，故函數(shù)在上上的最大值為f（）==，解得a=1，
綜上所述，得
（II）函數(shù)f（x）在（0，π）內(nèi)有且僅有兩個零點(diǎn)．證明如下：
由（I）知，，從而有f（0）=-＜0，f（）=＞0，
又函數(shù)在上圖象是連續(xù)不斷的，所以函數(shù)f（x）在（0，）內(nèi)至少存在一個零點(diǎn)，
又由（I）知f（x）在（0，）單調(diào)遞增，故函數(shù)f（x）在（0，）內(nèi)僅有一個零點(diǎn)．
當(dāng)x∈[，π]時，令g（x）=f′（x）=sinx+xcosx，由g（）=1＞0，g（π）=-π＜0，且g（x）在[，π]上的圖象是連續(xù)不斷的，故存在m∈（，π），使得g（m）=0．
由g′（x）=2cosx-xsinx，知x∈（，π）時，有g(shù)′（x）＜0，從而g（x）在[，π]上單調(diào)遞減．
當(dāng)x∈（，m），g（x）＞g（m）=0，即f′（x）＞0，從而f（x）在（，m）內(nèi)單調(diào)遞增
故當(dāng)x∈（，m）時，f（x）＞f（）=＞0，從而（x）在（，m）內(nèi)無零點(diǎn)；
當(dāng)x∈（m，π）時，有g(shù)（x）＜g（m）=0，即f′（x）＜0，從而f（x）在（，m）內(nèi)單調(diào)遞減．
又f（m）＞0，f（π）＜0且f（x）在[m，π]上的圖象是連續(xù)不斷的，從而f（x）在[m，π]內(nèi)有且僅有一個零點(diǎn)．
綜上所述，函數(shù)f（x）在（0，π）內(nèi)有且僅有兩個零點(diǎn)．
點(diǎn)評：本題考查利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的最值，研究函數(shù)的單調(diào)性，及函數(shù)零點(diǎn)的判定定理，解題的關(guān)鍵是利用導(dǎo)數(shù)這個工具研究清楚函數(shù)的單調(diào)性，本題考察了轉(zhuǎn)化的思想方法及判斷推理的能力，是高考中常見的題型，必考題，學(xué)習(xí)時要悉心掌握此類題的解題規(guī)律