已知函数f(x)=[1/3]x3+ax2-bx+1(x∈R,a,b为实数)有极值,且在x=1处的切线与直线x-y+1=0

已知函数f(x)=[1/3]x3+ax2-bx+1(x∈R,a,b为实数)有极值,且在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行.
(Ⅰ)求实数a的取值范围;
(Ⅱ)是否存在实数a,使得函数f(x)的极小值为1,若存在,求出实数a的值;若不存在,请说明理由;
(Ⅲ)设函数g(x)=
f(x)−2ax+b−1
x
-2lnx,试判断函数g(x)在(1,+∞)上的符号,并证明:lnn+[1/2](1+[1/n])≤
n
i−1
1
i
(n∈N*).
爱抽白沙的 1年前 已收到1个回答 举报

蝎女心蓝 幼苗

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解题思路:(Ⅰ)根据极值的信息,则选用导数法,先求f'(x),再由f(x)有极值,可有=a2-4b>0,又由在x=-1处的切线与直线x-y+1=0平行,可得f'(-1)=1-a+b=1从而求解.
(Ⅱ)存在.令f′(x)=0得到函数的两个稳定点,然后分区间讨论函数的增减性,得到函数的极小值令其等于1,讨论得到a的值存在,求出a即可;
(Ⅲ)求得g(x)=x-[1/x]-2lnx,利用导数工具g(x)在(1,+∞)上是增函数,故g(x)>g(1)=0,设x=[n+1/n],
则g([n+1/n])=[n+1/n]-[n/n+1]-2ln[n+1/n]=1+[1/n]-1+[1/n+1]-2[ln(n+1)-lnn]=[1/n]+[1/n+1]-2[ln(n+1)-lnn]>0,即[1/n]+[1/n+1]>2[ln(n+1)-lnn],再利用累加法进行证明即可.

(Ⅰ)∵f′(x)=x2+2ax-b,∴f′(1)=1+2a-b,
又因为函数在x=1处的切线与直线x-y+1=0平行,所以在x=1处的切线的斜率等于1,∴f′(1)=1∴b=2a①
∵f(x)有极值,故方程f′(x)=x2+2ax-b=0有两个不等实根∴△=4a2+4b>0∴a2+b>0②
由①.②可得,a2+2a>0∴a<-2或a>0
故实数a的取值范围是a∈(-∞,-2)∪(0,+∞)
((Ⅱ)存在a=-[8/3]…(5分)
由(1)可知f′(x)=x2+2ax-b,令f′(x)=0∴x1=-a-
a2+2a,x2=-a+
a2+2a

∴f(x)极小=f(x2)=[1/3]x23+ax22-2ax2+1=1,
∴x2=0或x22+3ax2-6a=0
若x2=0,则-a+
a2+2a=0,则a=0(舍),
若x22+3ax2-6a=0,又f′(x2)=0,∴x22+2ax2-2a=0,
∴ax2-4a=0
∵a≠0∴x2=4
∴-a+
a2+2a=4,
∴a=-[8/3]<2∴存在实数a=-[8/3],使得函数f(x)的极小值为1.
(Ⅲ)由g(x)=
f′(x)−2ax+b−1
x-2lnx=
x2+2ax−b−2ax+b−1
x-2lnx=x-[1/x]-2lnx
故g′(x)=1+[1
x2−
2/x]=
x2−2x+1
x2=
(x−1)2
x2>0,
则g(x)在(1,+∞)上是增函数,故g(x)>g(1)=0,
所以,g(x)在(1,+∞)上恒为正.
当n是正整数时,[n+1/n]>1,设x=[n+1/n],则
g([n+1/n])=[n+1/n]-[n/n+1]-2ln[n+1/n]
=1+[1/n]-1+[1/n+1]-2[ln(n+1)-lnn]
=[1/n]+[1/n+1]-2[ln(n+1)-lnn]>0,
即[1/n]+[1/n+1]>2[ln(n+1)-lnn]
上式分别取n的值为1、2、3、…、n-1(n>1)累加得:
([1/1+
1
2])+([1/2+
1
3])+([1/3+
1
4])+…+[1/n−1+
1
n]
>2[ln2-ln1+ln3-ln2+ln4-ln3+…lnn-ln(n-1)]
∴1+2([1/2+
1
3+
1
4+…
1
n−1])+
1
n>2lnn
2(1+[1/2+
1
3+
1
4+…
1
n−1]+
1
n)>2lnn+1+[1/n]
∴1+[1/2+
1
3+
1
4+…
1
n−1]+
1
n)>lnn+[1/2](1+[1/n])
即lnn+[1/2](1+[1/n])<
n

i−1
1
i,(n>1)
又当n=1时,lnn+[1/2](1+[1/n])=
n

i−1
1
i,
故lnn+[1/2](1+[1/n])≤
n

i−1
1
i,当且仅当n=1时取等号.

点评:
本题考点: 导数在最大值、最小值问题中的应用;利用导数研究曲线上某点切线方程.

考点点评: 考查学生利用导数研究函数性质的能力,以及转化,特值构造证明不等式.

1年前

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