- 反证法与放缩法
- 共409题
设M是由满足下列条件的函数f(x)构成的集合:“①方程f(x)﹣x=0有实数根;②函数
f(x)的导数f'(x)满足0<f'(x)<1.”
(I)判断函数是否是集合M中的元素,并说明理由;
(II)集合M中的元素f(x)具有下面的性质:若f(x)的定义域为D,则对于任意
[m,n]D,都存在x0∈(m,n),使得等式f(n)﹣f(m)=(n﹣m)f'(x0)成立.试用这一性质证明:方程f(x)﹣x=0只有一个实数根;
(III)设x1是方程f(x)﹣x=0的实数根,求证:对于f(x)定义域中任意的x2,x3,当|x2﹣x1|<1,且|x3﹣x1|<1时,有|f(x3)﹣f(x2)|<2.
正确答案
解:(I)因为,
又因为当x=0时,f(0)=0,
所以方程f(x)﹣x=0有实数根0.
所以函数是的集合M中的元素.
(II)假设方程f(x)﹣x=0存在两个实数根α,β(α≠β),
则f(α)﹣α=0,f(β)﹣β=0不妨设α<β,根据题意存在数c(α,β)
使得等式f(β)﹣f(α)=(β﹣α)f'(c)成立.
因为f(α)=α,f(β)=β,且α≠β,
所以f'(c)=1,
与已知0<f'(x)<1矛盾,
所以方程f(x)﹣x=0只有一个实数根;
(III)不妨设x2<x3,因为f'(x)>0,
所以f(x)为增函数,
所以f(x2)<f(x3),
又因为f'(x)﹣1<0,
所以函数f(x)﹣x为减函数,
所以f(x2)﹣x2>f(x3)﹣x3,
所以0<f(x3)﹣f(x2)<x3﹣x2,
即|f(x3)﹣f(x2)|<|x3﹣x2|,
所以|f(x3)﹣f(x2)|<|x3﹣x2|=|x3﹣x1﹣(x2﹣x1)|≤|x3﹣x1|+|x2﹣x1|<2
(1)求证:对任意的正实数x,不等式都成立.
(2)求证:对任意的n∈N*,不等式总成立.
正确答案
(1)证明:设函数,
则.
令f'(x)=0,得x=.
当时,f'(x)>0,故函数f(x)在
上递增;
当时,f'(x)<0,故函数f(x)在
上递减;
所以,
对任意的x>0,不等式总成立.
(2)证明:由(1)知:对x∈(0,+∞)均有,
故.
当n=1时,结论显然成立;
当n≥2时,有=
≤<
==
..
综上可知,对任意的n∈N*,不等式成立.
已知函数f(x)=ax-在x=0处取得极值.
(I)求实数a的值,并判断,f(x)在[0,+∞)上的单调性;
(Ⅱ)若数列{an}满足a1=1,an+1=f(an),求证:0<an+1<an≤l;
(Ⅲ)在(II)的条件.下,记sn=+
+…+
,求证:sn<1.
正确答案
(I)函数的导数为f′(x)=a-,因为函数在x=0处取得极值,所以f'(0)=0,解得a=1.
即f′(x)=1-=
=
.
因为x≥0,所以ln(1+x)≥0,x2+x≥0,所以此时f'(x)≥0,即函数在[0,+∞)上单调递增.
(Ⅱ) 由(I)知f(x)=x-,所以an+1=f(an)=an-
,下面用数学归纳法证明an>0.
①当n=1时,an=1>0,成立.
②假设当n=k,(n∈N•)时ak>0.因为函数f(x)在[0,+∞)上单调递增,所以f(ak)>f(0)=0,所以an+1=f(an)>0成立.
综上an>0.又an-an+1=,因为an>0,所以an-an+1=
>0,即an>an+1.
而a1=1,所以0<an+1<an≤l成立.
所以由①②可知0<an+1<an≤l成立.
(Ⅲ)由(II)知,0<an+1<an≤l,所以<
,1+
<1+
,即
<
,所以
>
>0.
所以=
⋅
⋅⋅⋅
<
⋅
⋅⋅⋅
=(
a1
1+a1
)n.
所以sn=+
+…+
<()+(
a1
1+a1
)2+…+(
a1
1+a1
)n=<
=a1=1
所以sn<1.
已知函数f(x)=lnx+x2。
(1)若函数g(x)=f(x)-ax在其定义域内为增函数,求实数a的取值范围;
(2)在(1)的条件下,若a>1,h(x)=x3-3ax,x∈[1,2],求h(x)的极小值;
(3)设F(x)=2f(x)-3x2-kx(k∈R),若函数F(x)存在两个零点,m,n(0<m<n),且2x0=m+n,证明:函数F(x)在点(x0,F(x0))处的切线不可能平行于x轴。
正确答案
解:(1)g(x)=f(x)-ax=lnx+x2-ax,
由题意,知g'(x)≥0,x∈(0,+∞)恒成立,
即
又x>0,,当且仅当
时等号成立
故,
所以。
(2)由(1)知,
由h'(x)=0,得或
(舍去),
∴
∴
①若,则h'(x)<0,h(x)单调递减;
②若,则h'(x)>0,h(x)单调递增
故当时,h(x)取得极小值,
极小值为。
(3)假设F(x)在(x0,F(x0))的切线平行于x轴,
其中F(x)=2lnx-x2-kx
结合题意有,
①-②得
所以,
由④得
所以
设∈(0,1),⑤式变为
(u∈(0,1)),
设
所以函数在(0,1)上单调递增,
因此,,即
也就是,,此式与⑤矛盾,
所以F(x)在(x0,F(x0))处的切线不能平行于x轴。
已知函数f(x)=ln(x-1)-k(x-1)+1。
(1)求函数f(x)的单调区间;
(2)若f(x)≤0恒成立,试确定实数k的取值范围;
(3)证明:(n∈N*,且n>1)。
正确答案
解:(1)∵x>1,,
1o当k≤0时,f′(x)>0,f(x)在(1,+∞)递增;
2o当k>0时,f(x)在递减;
(2)当k≤0时,>0(x>1),
∴不可能恒成立。
当k>0,由(1)可知。
由,
∴f(x)≤0恒成立时,k≥1。
(3)构造函数(x>1),
<0,
∴F(x)在(1,+∞)递减,
∴F(x)<F(1),即,
∴;
当n>1,n∈N*时,,
∴。
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