07年考研数学一17题

更新时间:2025-12-01 05:50:09
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题目:已知函数 \( f(x) = \frac{e^x}{1+x} \) 在区间 \([-1,1]\) 上的导数 \( f'(x) \) 的最小值。

解答:首先求出函数 \( f(x) \) 的导数 \( f'(x) \)。

\[ f'(x) = \frac{d}{dx}\left(\frac{e^x}{1+x}\right) = \frac{e^x(1+x) - e^x}{(1+x)^2} = \frac{e^x}{1+x} \]

接下来,为了找到 \( f'(x) \) 的最小值,需要求出 \( f'(x) \) 的零点。由于 \( e^x \) 总是正的,\( f'(x) \) 的符号完全由 \( \frac{1}{1+x} \) 决定。因此,\( f'(x) = 0 \) 时,\( 1+x = 0 \),即 \( x = -1 \)。然而,\( x = -1 \) 是 \( f(x) \) 的分母,不能作为导数的零点。

接下来,检查区间端点 \( x = -1 \) 和 \( x = 1 \) 处的导数值。由于 \( f'(x) = \frac{e^x}{1+x} \) 在 \( x = -1 \) 和 \( x = 1 \) 时都是正的,并且 \( f'(x) \) 在 \( x = 1 \) 时取得正值,可以推断 \( f'(x) \) 在区间 \([-1,1]\) 上是单调递增的。

因此,\( f'(x) \) 在区间 \([-1,1]\) 上的最小值发生在 \( x = -1 \) 处,但由于 \( f'(x) \) 在 \( x = -1 \) 处无定义,最小值实际上是 \( f'(x) \) 在 \( x \) 接近 \(-1\) 时的极限。

\[ \lim_{{x \to -1}} f'(x) = \lim_{{x \to -1}} \frac{e^x}{1+x} = \frac{e^{-1}}{0} = \infty \]

显然,这是一个错误,因为 \( e^{-1} \) 是一个有限的正数。因此,我们需要重新审视 \( f'(x) \) 的表达式和 \( f(x) \) 在 \( x = -1 \) 处的行为。

实际上,由于 \( f(x) \) 在 \( x = -1 \) 处连续,\( f'(x) \) 在 \( x = -1 \) 处的极限应该等于 \( f'(x) \) 在 \( x = -1 \) 处的导数。因此,我们需要检查 \( f'(x) \) 在 \( x = -1 \) 处的导数。

\[ f''(x) = \frac{d}{dx}\left(\frac{e^x}{1+x}\right) = \frac{e^x(1+x) - e^x(1)}{(1+x)^2} = \frac{e^x}{(1+x)^2} \]

在 \( x = -1 \) 处,\( f''(x) = \frac{e^{-1}}{0} = \infty \),这表明 \( f'(x) \) 在 \( x = -1 \) 处有一个极值。由于 \( f'(x) \) 在 \( x = -1 \) 处的极限是 \( \infty \),而 \( f'(x) \) 在 \( x = 1 \) 处的值是 \( \frac{e}{2} \),可以推断 \( f'(x) \) 的最小值在 \( x = 1 \) 处。

因此,\( f'(x) \) 在区间 \([-1,1]\) 上的最小值是 \( \frac{e}{2} \)。

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