2021年高考数学新高考Ⅰ-22 |
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2021-06-14 22:02:23 |
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22.(12分)已知函数$f(x)=x(1-\ln x)$. (1)讨论$f(x)$的单调性; (2)设$a$,$b$为两个不相等的正数,且$b\ln a-a\ln b=a-b$,证明:$2<\dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{b}<e$. 分析:(1)首先求得导函数的解析式,然后结合导函数的符号即可确定函数的单调性, (2)利用同构关系将原问题转化为极值点偏移的问题,构造对称差函数分别证明左右两侧的不等式即可. (1)解:由函数的解析式可得$f'(x)=1-\ln x-1=-\ln x$, $\therefore x\in (0,1)$,$f\prime (x)>0$,$f(x)$单调递增, $x\in (1,+\infty )$,$f\prime (x)<0$,$f(x)$单调递减, 则$f(x)$在$(0,1)$单调递增,在$(1,+\infty )$单调递减. (2)证明:由$b\ln a-a\ln b=a-b$,得$-\dfrac{1}{a}\ln \dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{b}\ln \dfrac{1}{b}=\dfrac{1}{b}-\dfrac{1}{a}$, 即$\dfrac{1}{a}(1-\ln \dfrac{1}{a})=\dfrac{1}{b}(1-\ln \dfrac{1}{b})$, 由(1)$f(x)$在$(0,1)$单调递增,在$(1,+\infty )$单调递减, 所以$f(x)_{max}=f$(1)$=1$,且$f$(e)$=0$, 令${x}_{1}=\dfrac{1}{a}$,${x}_{2}=\dfrac{1}{b}$, 则$x_{1}$,$x_{2}$为$f(x)=k$ 的两根,其中$k\in (0,1)$. 不妨令$x_{1}\in (0,1)$,$x_{2}\in (1,e)$,则$2-x_{1}>1$, 先证$2<x_{1}+x_{2}$,即证$x_{2}>2-x_{1}$,即证$f(x_{2})=f(x_{1})<f(2-x_{1})$, 令$h(x)=f(x)-f(2-x)$, 则$h\prime (x)=f\prime (x)+f\prime (2-x)=-\ln x-\ln (2-x)=-\ln [x(2-x)]>0$, 故函数$h(x)$单调递增, $\therefore h(x)<h$(1)$=0$.$\therefore f(x_{1})<f(2-x_{1})$,$\therefore 2<x_{1}+x_{2}$,得证. 同理,要证$x_{1}+x_{2}<e$, 即证$f(x_{2})=f(x_{1})<f(e-x_{1})$, 令$\varphi (x)=f(x)-f(e-x)$,$x\in (0,1)$, 则$\varphi '(x)=-\ln [x(e-x)]$,令$\varphi \prime (x_{0})=0$, $x\in (0,x_{0})$,$\varphi '(x)>0$,$\varphi (x)$单调递增, $x\in (x_{0}$,$1)$,$\varphi '(x)<0$,$\varphi (x)$单调递减, 又$x>0$,$f(x)>0$,且$f$(e)$=0$, 故$x\to 0$,$\varphi (0)>0$, $\varphi$(1)$=f$(1)$-f(e-1)>0$, $\therefore \varphi (x)>0$恒成立, $x_{1}+x_{2}<e$得证, 则$2<\dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{b}<e$. 点评:本题主要考查利用导数研究函数的单调性,利用导数研究极值点偏移问题,等价转化的数学思想,同构的数学思想等知识,属于中等题.
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