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

1个回答

  • 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.