每日一题[3555]内外夹攻

2024年浙江杭州高三一模数学试题 #18

已知函数 f(x)=axlnxx31

(1)若 a=1,求 f(x) 的单调区间;

(2)若 0a3,求证:f(x)<0

(3)若 h(x)=f(x)+x3+1a,且存在 x1x2 使得 h(x1)=h(x2)=b,求证:be+1<|x1x2|<b+1.

解析

(1)根据题意,函数 f(x) 的导函数f(x)=a(lnx+1)3x2,

a=1 时,有 f(x)=lnx+13x2,进而 f(x) 的导函数f(x)=16x2x,
所以 f(x)(0,66) 上单调递增,在 (66,+) 上单调递减,所以 f(x) 的最大值为f(66)=ln66+12=12(1ln6)<0,
所以在 (0,+) 上恒有 f(x)<0,于是函数 f(x) 的单调递减区间为 (0,+),没有单调递增区间.

(2)根据题意,有f(x)<0alnxx21x<0,

因此只需要证明{x21x<0,3lnxx21x<0,
第一个不等式显然成立,而根据对数函数的基本放缩,有LHS3(x1)x21x=2+(x1)3x<0,
命题得证.

(3)根据题意,有 h(x)=xlnx,其导函数h(x)=lnx+1,

进而可得 h(x)(0,1e) 上单调递减,在 (1e,+) 上单调递增,在 x=1e 处取得极小值 1e,进而 b(1e,0),如图.

m=1e,点 B(t,t),直线 OB:y=x,直线 AB:y=1e1(x1),函数 h(x)A(1,0) 处的切线 lA:y=x1,构造函数φ1(x)={x,x(0,t],1e1(x1),x(t,1],φ2(x)={h(x),x(0,t],x1,x(t,1],

则当 b(0,t) 时,有 x1,x2(0,1){t},且φ1(x)>h(x)>φ2(x).
不妨设 x1>x2,直线 y=bφ1(x) 的交点横坐标为 x3,x4x3>x4),与 φ2(x) 的交点横坐标为 x5,x2x5>x2),则有x5>x1>x3>t>x4>x2>0,
因此be+1=((e1)b+1)(b)=x3x4<|x1x2|=x1x2<x50=b+1,
命题得证.

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