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难度：困难

标签：导数问题多变量问题韦达定理分离常数

是否做正确：未标明

是否属于易错题：未标明

如果做错原因可能是：未标明

已知函数 $f (x) = \frac{- 1 + 2 e^{x}}{2 e^{2 x}} + \frac{x}{a}$ ，其中 e 为自然对数的对数。

（1）当 $a = - \frac{1}{2}$ 时，求 $f (x)$ 的单调区间；

（2）当 $a > 0$ 时，若 $f (x)$ 有两个极值点 $x_{1}, x_{2}$ ，且 $f (x_{1}) + f (x_{2}) > k \cdot f (\frac{l n a}{2})$ 恒成立，求 $k$ 的最大值。

第一问

$f (x) = \frac{- 1 + 2 e^{x}}{2 e^{2 x}} + \frac{x}{a}$

因为不想对分式进行求导，所以将式子化简为多项式

$f (x) = - \frac{1}{2} e^{- 2 x} + e^{- x} + \frac{x}{a}$

$f^{'} (x) = e^{- 2 x} + (- e^{- x}) + \frac{1}{a}$

$= e^{- 2 x} - e^{- x} + \frac{1}{a}$

当 $a = - \frac{1}{2}, f^{'} (x) = e^{- 2 x} - e^{- x} - 2$

$= (e^{- x} - 2) (e^{- x} + 1)$

所以当 $x < - l n 2$ 时， $f^{'} (x) > 0, f (x) ↑$

当 $x > l n 2$ 时， $f^{'} (x) < 0, f (x) ↓$

第二问

当 $a > 0$ ， $f (x)$ 有两个极值点， $x_{1}, x_{2}$

说明 $f^{'} (x) = 0$ 有两个解

即 $f^{'} (x) = e^{- 2 x} - e^{- x} + \frac{1}{a} = 0$ 有两个解

因为 $e^{- 2 x}, e^{- x}$ 是 2 次与 1 次的关系，所以可以通过换元变成一元二次方程。这时，在换元之前考虑要不要通分呢？不需要！通分了后面反而不太好利用韦达定理进行替换，相当于给自己加大了计算量。

令 $e^{- x} = t, t \in (0, + \infty)$

则 $t^{2} - t + \frac{1}{a} = 0$ 有两解

所以 $Δ = 1 - \frac{4}{a} > 0$

$a > 4$

$t_{1} t_{2} = \frac{1}{a}, t_{1} + t_{2} = 1$

$e^{- x_{1}} = t_{1}$

$e^{- x_{2}} = t_{2}$

$x_{1} = - l n t_{1}$

$x_{2} = - l n t_{2}$

对于比较复杂的不等式、等式，可以分别对左边、右边进行化简，化简好后再代入原式。

$f (x_{1}) + f (x_{2}) = - \frac{1}{2} e^{- 2 x_{1}} + e^{- x_{1}} + \frac{x_{1}}{a} + [- \frac{1}{2} e^{- 2 x_{2}}] + e^{- x_{2}} + \frac{x_{2}}{a}$

$= - \frac{1}{2} [e^{- 2 x_{1}} + e^{- 2 x_{2}}] + e^{- x_{1}} + e^{- x_{2}} + \frac{x_{1} + x_{2}}{a}$

$= - \frac{1}{2} (t_{1}^{2} + t_{2}^{2}) + t_{1} + t_{2} + - l n \frac{t_{1} t_{2}}{a}$

$= - \frac{1}{2} [(t_{1} + t_{2})^{2} - 2 t_{1} t_{2}] + 1 + \frac{l n a}{a}$

$= - \frac{1}{2} (1 - \frac{2}{a}) + 1 + \frac{l n a}{a}$

$= \frac{1}{a} + \frac{l n a}{a} + \frac{1}{2}$

$k \cdot f (\frac{l n a}{2}) = k \cdot [- \frac{1}{2} e^{- l n a} + e^{- \frac{1}{2} l n a} + \frac{l n a}{2 a}]$

$= k \cdot [- \frac{1}{2 a} + \frac{1}{\sqrt{a}} + \frac{l n a}{2 a}]$

所以 $\frac{1}{a} + \frac{l n a}{a} + \frac{1}{2} > k - \frac{1}{2 a} + \frac{1}{\sqrt{a}} + \frac{l n a}{2 a}$ 恒成立

分母通分，化简一下

$\frac{2 + 2 l n a + a}{2 a} > k (\frac{- 1 + 2 \sqrt{a} + l n a}{2 a})$

即是说 $\frac{2 + 2 l n a + a}{2 \sqrt{a} + l n a - 1} > k$ 恒成立

到这，下一步该怎么做呢？标准答案是令新函数求导，得出最小值。

但这里，求导应该会很麻烦，因为这是分式，而且分式包含更号、ln。

所以如果从得出答案的角度来解题，题目要求 k 最大值，而不是求 k 的范围，我们可以猜测答案为一个整数。因为这里又有 ln 又有根号，不为整数那估计就是一个含根号或 e 的答案了，但我们要赌出题人应该是想把题目出的简单，所以这个式子进行分离常数：

$\frac{2 + 2 l n a + a}{2 \sqrt{a} + l n a - 1} = \frac{2 (l n a + 2 \sqrt{a} - 1) - 4 \sqrt{a} + 4 + a}{l n a + 2 \sqrt{a} - 1}$

$= 2 + \frac{(\sqrt{a} - 2)^{2}}{l n a + 2 \sqrt{a} - 1} > 2, (a > 4)$

综上， $k$ 最大值为 2

1.1 解不等式

1.1.1 基础不等式的解法

1.1.2 函数不等式的解法

1.2 基本不等式（均值不等式）

1.2.1 基础知识与简单应用

1.2.2 有等量关系的多元最值

1.2.3 缺少等量关系的多元最值

1.3 二次函数基础模型

1.3.1 二次恒成立

1.3.2 二次函数根的分布

1.4 数学必备常识与技巧

1.4.1 高考数学必备基础常识

1.4.2 选择填空通用应试技巧

1.5 复数

1.5.1 复数的概念与运算

2.1 函数的概念与表示

2.1.1 函数值域

2.2 函数的性质

2.2.1 单调性

2.2.2 奇偶性与对称性

2.2.3 周期性

2.2.4 性质综合应用

2.3 基本初等函数

2.3.1 指对幂函数

2.4 函数的应用

2.4.1 函数图像及变换

2.4.2 根与方程问题

3.1 导数的概念与意义

3.1.1 导数的基本概念

3.1.2 导数的几何意义

3.2 单调性问题

3.2.1 讨论单调区间

3.2.2 已知单调性求参数范围

3.3 极值最值问题

3.3.1 最值讨论与值域

3.3.2 双逻辑连接词下的函数问题

3.4 恒成立与存在性问题

3.4.1 已知恒成立或存在性求参数范围

3.4.2 已知参数范围证明恒成立

3.5 根与方程问题

3.5.1 根与零点问题

3.5.2 切线相关问题

3.5.3 双零点问题

3.5.4 极值点问题

4.1 三角函数的恒等变换

4.1.1 基础公式问题

4.1.2 字母型角度化简求值问题

4.1.3 综合问题

4.2 三角函数的图像

4.2.1 正弦型三角函数图像

4.2.2 三角函数的图像变换

4.2.3 三角函数图象的性质

4.3 解三角形

4.3.1 三角形中的基础公式问题

4.3.2 三角形中的代数求值问题

4.3.3 三角形中的几何问题

4.3.4 三角形中的范围与最值问题

5.1 向量基本问题

5.1.1 三大基本方法

6.1 等差与等比数列

6.1.1 等差数列

6.1.2 等比数列

6.2 求通项公式

6.2.1 通项公式与递推公式基础

6.2.2 项与项递推求通项

6.2.3 项与和递推求通项

7.1 空间几何体

7.1.1 基本问题

7.1.2 与球有关的问题

7.2 空间中的位置关系

7.2.1 位置关系选择填空

7.2.2 位置关系解答题

7.3 空间中的角度与距离

7.3.1 传统几何法解空间角度与距离

7.3.2 空间向量法解空间角度与距离

8.1 排列组合

8.1.1 计数原理

8.1.2 排列组合及常见计数模型

8.1.3 二项式定理

8.2 概率