已知函数f(x)=(x3+3x2+ax+b)•e-x.

已知函数f(x)=(x3+3x2+ax+b)•e-x
(1)如果a=b=-3,求f(x)的单调区间和极值;
(2)如果a=6+[1/n],b=5+[1/n],n∈N*,n≥1,函数f(x)在x=an处取得极值.
(i)求证:∑i-1n
1
(1+i)2ai
<an(ii)求证:f(an)>a(an+1
15
e
self-confidence 1年前 已收到1个回答 举报

贝贝051010 幼苗

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解题思路:(1)对函数f(x)求导,利用导函数的符号求解单调区间,根据函数的单调性求出函数的极值即可;
(2)利用导数研究函数f(x)的极值,根据g(x)=x3+[1/n]x-1在R上递增,f(0)=-1<0,f(1)=[1/n]>0,则x3+[1/n]x-1=0有唯一解,
(i)因为0<ai<1,则有ai3<ai,从而
ai
i
=1−
a
3
i
>1−ai
,所以ai
i
1+i
,从而
1
(1+i)2ai
1
i(i+1)
n
i=1
1
(1+i)2ai
n
i=1
1
i(i+1)
=1−
1
n+1
n
n+1
ai
i
1+i
可得an
n
1+n
,所以
n
i=1
1
(1+i)2ai
an

(ii)根据题意可知
a
3
n
+
an
n
=1
,又
a
3
n+1
+
an+1
n+1
=1
,两式相减得1>an+1>an>0,构造函数g(x)=
(2x
n
+6x +6+
1
x
)e−x
,x∈(0,1),g′(x)<0所以g(x)在(0,1)上是减函数,则g(an)>g(an+1)>g(1)=[15/e],即可证得结论.

(1)当a=b=-3时,f(x)=(x3+3x2-3x-3)e-x
故f′(x)=-(x3+3x2-3x-3)e-x+(3x2+6x-3)e-x=-e-x(x-3-9x)=-x(x-3)(x+3)e-x
当x<-3或0<x<3时,f′(x)>0;
当-3<x<0或x>3时,f′(x)<0.
从而f(x)在(-∞,-3),(0,3)单调递增,在(-3,0),(3,+∞)单调递减;
极大值为f(-3)=6e3,f(3)=42e-3,极小值为f(0)=-3
(2)a=6+[1/n],b=5+[1/n],f(x)=[x3+3x2+(6+[1/n])x+(5+[1/n])]e-x
f′(x)=-[x3+3x2+(6+[1/n])x+(5+[1/n])]e-x+[3x2+6x+(6+[1/n])]e-x=-e-x(x3+[1/n]x-1)
令f′(x)=-e-x(x3+[1/n]x-1)=0即x3+[1/n]x-1=0
因为g(x)=x3+[1/n]x-1在R上递增,f(0)=-1<0,f(1)=[1/n]>0
∴x3+[1/n]x-1=0有唯一解
(i)因为0<ai<1,则有ai3<ai
a3i+
ai
i=1,
ai
i=1−
a3i>1−ai
所以ai >
i
1+i所以
1
(1+i)2ai<
1
i(i+1)

n

i=1
1
(1+i)2ai<
n

i=1
1
i(i+1)=1−
1
n+1=
n
n+1
由ai >
i
1+i可得an>
n
1+n,所以
n

i=1
1
(1+i)2ai<an
(ii)证明:
a3n+
an
n=1显然0<an<1

a3n+1+
an+1
n+1=1,两式相减得(an+1−an)(
a2n+1+an+1an+
a2n+
1
n)>0
所以an+1>an,故1>an+1>an>0
f(an)=(3
a2n+6an+6+
1
n)e−an,又
a3n+
an
n=1,所以[1/n=
1−
a3n
an]
所以f(an)=(
2a2n+6an+6+
1
an) e−an,an∈(0,1)
构造函数g(x)=
(2xn +6x +6+
1
x)e−x,x∈(0,1)
g′(x)<0所以g(x)在(0,1)上是减函数,
又1>an+1>an>0
所以g(an)>g(an+1)>g(1)=[15/e]
即f(an)>f(an+1)>
15
e.

点评:
本题考点: 数列与函数的综合;利用导数研究函数的单调性.

考点点评: 本题主要考查了利用导函数求解单调区间的问题,要求同学们掌握好导函数与函数的关系,以及导函数的性质和证明不等式,属于难题.

1年前

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