内容正文:
[对应学生用书P305]
1.已知函数f(x)=x2+12ax.
(1)若f(x)在其定义域内是增函数,求a的取值范围;
(2)定义:若f(x)在其定义域内单调递增,且f(x)+g(x)在其定义域内也单调递增,则称g(x)为f(x)的“协同增函数”.
已知函数g(x)=4x3-18ax2+12x,若g(x)是f(x)的“协同增函数”,求a的取值范围.
解析 (1)因为f(x)=x2+12ax,所以f′(x)=·x2+2x+12a=12x ln x+12a,
令h(x)=x ln x,则h′(x)=ln x+1.
由h′(x)>0,得x>;由h′(x)<0,得0<x<.
则h(x)在上单调递减,在上单调递增.
故h(x)≥h=-,即f′(x)≥12a-.
因为f(x)在其定义域内是增函数,所以12a-≥0,解得a≥,即a的取值范围为.
(2)由(1)可得a≥.
设F(x)=f(x)+g(x)=4x3+x2+24x,
则f′(x)=12x2+12x ln x-36ax+24.
因为F(x)在其定义域内是增函数,所以f′(x)≥0在(0,+∞)上恒成立,
即12x2+12x ln x-36ax+24≥0在(0,+∞)上恒成立,
即x+ln x+≥3a在(0,+∞)上恒成立.
设Q(x)=x+ln x+,则Q′(x)=1+-=.
由Q′(x)>0,得x>1;由Q′(x)<0,得0<x<1.
所以Q(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
则Q(x)≥Q(1)=3,故3a≤3,解得a≤1.
因为a≥,所以≤a≤1,即a的取值范围是.
2.一般地,设函数f(x)在区间上连续,用分点a=x0<x1<…<xi-1<xi<…<xn=b将区间分成n个小区间,每个小区间长度为Δx,在每个小区间上任取一点ξi,作和式Sn=fΔx=f.如果Δx无限接近于0(亦即n→+∞)时,上述和式Sn无限趋近于常数S,那么称该常数S为函数f(x)在区间上的定积分,记为S=f(x)dx.当f(x)≥0时,定积分f(x)dx的几何意义表示由曲线y=f(x),两直线x=a,x=b与x轴所围成的曲边梯形的面积.如果f(x)是区间上的连续函数,并且f′(x)=f(x),那么f(x)dx==F(b)-f(a).
(1)求dx;
(2)设函数f(x)=ln (x+1),g(x)=xf′(x)(x≥0).
①若f(x)≥mg(x)恒成立,求实数m的取值范围;
②数列满足a1=1,an=g,利用定积分几何意义,证明:ai<ln n<ai.
(1)解析 根据定义可知:dx==e2+×22-=e2-e1+.
(2)①解析 f(x)≥mg(x)恒成立,即ln (x+1)≥.
令φ(x)=ln (x+1)-,则φ′(x)=-=.
当m≤1时,φ′(x)≥0,所以φ(x)在上单调递增,又φ(0)=0,
所以φ(x)≥0在上恒成立,所以当m≤1时,f(x)≥mg(x);
当m>1时,对x∈,有φ′(x)<0,所以φ(x)在上单调递减,
所以φ<φ(0)=0,即当m>1时,存在x>0,使φ(x)<0,故f(x)≥mg(x)不恒成立.
综上,m的取值范围是(-∞,1].
②证明 由an=g,可得an=,
所以=+1,
即数列是以1为首项,1为公差的等差数列,则=1+=n,所以an=.
dx是由曲线y=,直线x=1,x=n及x轴所围成的曲边梯形的面积,
而ai=++…+是图1中阴影所示各矩形的面积和,
所以++…+<dx=ln n,不等式左边得证.
ai=1+++…+是图2中阴影所示各矩形的面积和,
所以1+++…+>dx=ln n,不等式右边得证.
所以ai<ln n<ai.
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