解题思路:(1)求出函数的定义域,求出导函数,讨论当k为奇数时,当k为偶数时两种情形,然后利用函数的单调性与导函数符号的关系求出单调性.
(2)①由已知得
2
a
n
−
2
a
n
=
a
2
n+1
−3
a
n
,得到
2(
a
2
n
+1)=
a
2
n+1
+1
,从而
{
a
2
n
+1}
是以2为首项,2为公比的等比数列,利用等比数列的通项公式写出数列{an}的通项公式;
②由
b
n
=
2
n
a
2
n
•
a
2
n+1
,可得
b
n
=
2
n
(
2
n
−1)(
2
n+1
−1)
=
1
2
n
−1
−
1
2
n+1
−1
,下面利用拆项法求Sn并化简,从而得出证明.
(3)对于存在性问题,可先假设存在,即假设存在实数b,使方程使
f(x)=
3
2
x
2
+x+b
在区间(0,2]上恰有两个相异实根.再利用其等价于方程
2lnx−
1
2
x
2
−x−b=0
在区间(0,2]上恰有两个相异实根.求出b的范围,若出现矛盾,则说明假设不成立,即不存在;否则存在.
(1)由已知得x>0,且f′(x)=2x−(−1)k•
2
x
当k为奇数时,则f'(x)>0,故f(x)在(0,+∞)上是增函数;
当k为偶数时,则f′(x)=2x−
2
x=
2(x+1)(x−1)
2,
所以当x∈(0,1)时,f'(x)<0,f(x)是减函数;当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)是增函数.故当k为偶数时,f(x)在(0,1)是减函数,在(1,+∞)是增函数;…(5分)
(2)①由已知得2an−
2
an=
a2n+1−3
an,即2(
a2n+1)=
a2n+1+1,而
a21+1=2≠0
所以{
a2n+1}是以2为首项,2为公比的等比数列,故
a2n+1=2•2n−1=2n,而{an}是正项数列,从而可得an=
2n−1.…(7分)
②由bn=
2n
a2n•
a2n+1,可得bn=
2n
(2n−1)(2n+1−1)=
1
2n−1−
1
2n+1−1
所以Sn=b1+b2+b3+…+bn=
1
21−1−
1
22−1+
1
22−1−
1
23−1+…+
1
2n−1−
1
2n+1−1=1−
1
2n+1−1<1…(10分)
(3)当k为奇数时,f(x)=x2+2lnx,假设存在实数b,使方程使f(x)=
3
2x2+x+b在区间(0,2]上恰有两个相异实根.等价于方程2lnx−
1
2x2−x−b=0在区间(0,2]上恰有两个相异实根.令h(x)=2lnx−
1
2x2−x−b,
则h′(x)=
2
x−x−1=
−x2−x+2
x=
−(x+2)(x−1)
x,
当x∈(0,1)时,h'(x)>0,当x∈(1,2]时,h'(x)<0
所以h(x)在(0,1)上是增函数,在(1,2]上是减函数
所以要使方程2lnx−
1
2x2−x−b=0在区间(0,2]上恰有两个相异实根,等价于
h(1)=−
3
2−b>0
h(2)=2ln2−4−b≤0⇒2ln2−4≤b<−
3
2
故存在实数b,当b∈[2ln2−4,−
3
2)时,方程f(x)=
3
2x2+x+b在区间(0,2]上恰有两个相异实根.…(13分)
点评:
本题考点: 利用导数研究函数的单调性;数列与函数的综合.
考点点评: 本题考查利用导函数讨论函数的单调性:导函数为正函数递增;导函数为负,函数递减,同时考查了分类讨论的数学思想方法,属于难题.