高考數學綜合題型解題策略分析:利用導數研究函數的單調性

2020-12-15 吳國平數學教育

已知函數f(x)=lnx+a/x(a>0).

(Ⅰ) 若函數f(x)有零點,求實數a的取值範圍;

(Ⅱ) 證明:當a≥2/e,b>1時,f(lnb)>1/b.

解:(Ⅰ)法1:函數f(x)=lnx+a/x的定義域為(0,+∞).

由f(x)=lnx+a/x,得f'(x)=1/x-a/x2=(x-a)/x2.…

因為a>0,則x∈(0,a)時,f'(x)<0;x∈(a,+∞)時,f'(x)>0.

所以函數f(x)在(0,a)上單調遞減,在(a,+∞)上單調遞增.…

當x=a時,[f(x)]min=lna+1.…

當lna+1≤0,即0<a≤1/e時,又f(1)=ln1+a=a>0,則函數f(x)有零點.…

所以實數a的取值範圍為(0,1/e].…

法2:函數f(x)=lnx+a/x的定義域為(0,+∞).

由f(x)=lnx+a/x=0,得a=﹣xlnx.…

令g(x)=﹣xlnx,則g'(x)=﹣(lnx+1).

當x∈(0,1/e)時,g'(x)>0; 當x∈(1/e,+∞)時,g'(x)<0.

所以函數g(x)在(0,1/e)上單調遞增,在(1/e,+∞)上單調遞減.…

故x=1/e時,函數g(x)取得最大值g(1/e)=-1/e·ln(1/e)=1/e.…

因而函數f(x)=lnx+a/x有零點,則0<a≤1/e.…

所以實數a的取值範圍為(0,1/e].…

(Ⅱ)證明:令h(x)=xlnx+a,則h'(x)=lnx+1.

當0<x<1/e時,h'(x)<0;當x>1/e時,h'(x)>0.

所以函數h(x)在(0,1/e)上單調遞減,在(1/e,+∞)上單調遞增.

當x=1/e時,[h(x)]min=-1/e+a.…

於是,當a≥2/e時,h(x)≥-1/e+a≥1/e.①…

令φ(x)=xe﹣x,則φ'(x)=e﹣x﹣xe﹣x=e﹣x(1﹣x).

當0<x<1時,f'(x)>0;當x>1時,f'(x)<0.

所以函數φ(x)在(0,1)上單調遞增,在(1,+∞)上單調遞減.

當x=1時,[Ф(x)]max=1/e.…

於是,當x>0時,Ф(x)≤1/e.②…

顯然,不等式①、②中的等號不能同時成立.

故當x>0,a≥2/e時,xlnx+a>xe﹣x.…

因為b>1,所以lnb>0.

所以lnbln(lnb)+a>lnbe﹣lnb.…

所以ln(lnb)+a/lnb>1/b,即f(lnb)>1/b.…

考點分析:

利用導數求閉區間上函數的最值;利用導數研究函數的單調性.

題幹分析:

(Ⅰ)法一:求出函數f(x)的導數,得到函數的單調區間,求出f(x)的最小值,從而求出a的範圍即可;

法二:求出a=﹣xlnx,令g(x)=﹣xlnx,根據函數的單調性求出g(x)的最大值,從而求出a的範圍即可;

(Ⅱ)令h(x)=xlnx+a,通過討論a的範圍,根據函數的單調性證明即可.

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