内容正文:
培优4 恒成立和能成立求参问题
数 学
新高考专用
1.(2025辽宁辽阳一模)已知函数f(x)= ,g(x)=ebx-b,a,b∈R.
(1)求f(x)的单调区间;
(2)若f(x)的最大值为1,证明:∀b∈R, f(x)≤g(x).
解析 (1)f(x)= 的定义域为(0,+∞),
且f'(x)= ,
由f'(x)>0可得0<x<e1-a,由f'(x)<0可得x>e1-a,
所以函数f(x)的单调递增区间为(0,e1-a),单调递减区间为(e1-a,+∞).
(2)证明:由(1)知, f(x)max=f(e1-a)= =1,解得a=1,
要证f(x)≤g(x),即证 ≤ebx-b,即证xebx-bx-ln x-1=ebx+ln x-(bx+ln x)-1≥0,
令h(x)=ex-x-1,其中x∈R,
则h'(x)=ex-1,
由h'(x)<0得x<0,由h'(x)>0得x>0,
所以函数h(x)的单调递减区间为(-∞,0),单调递增区间为(0,+∞),
所以h(x)≥h(0)=0,即ex≥x+1,
所以∀b∈R,ebx+ln x≥bx+ln x+1,
即f(x)≤g(x).
2.(2025浙江宁波十校联考)已知函数f(x)=xex-1-k(x-1)+e,k∈R,e=2.718 28…为自然对数的
底数.
(1)当k=e时,求曲线f(x)在点(2, f(2))处的切线方程;
(2)若不等式f(x)≥0对任意x∈[-2,+∞)恒成立,求k的取值范围.
解析 (1)当k=e时, f(x)=xex-1-e(x-1)+e=xex-1-ex+2e,
所以f'(x)=(x+1)ex-1-e, f'(2)=3e-e=2e,
又f(2)=2e-2e+2e=2e,
故曲线f(x)在点(2, f(2))处的切线方程为y-2e=2e(x-2),即y=2ex-2e.
(2)①当x=1时,不等式1+e≥0恒成立,此时k∈R;
②当x>1时,问题转化为k≤ 对任意x∈(1,+∞)恒成立.
令h(x)= ,
则h'(x)= .
令μ(x)=(x2-x-1)ex-1-e,x>1,
则μ'(x)=(x+2)(x-1)ex-1.
因为x>1,所以μ'(x)>0,所以μ(x)在(1,+∞)上单调递增.又因为h'(2)=μ(2)=0,所以x=2是h'(x)
在(1,+∞)上的唯一零点,所以当1<x<2时,h'(x)<0,h(x)在(1,2)上单调递减,当x>2时,h'(x)>0,
h(x)在(2,+∞)上单调递增,
所以h(x)min=h(2)=3e,所以k≤3e.
③当-2≤x<1时,问题等价于k≥ 对任意x∈[-2,1)恒成立.
此时μ'(x)=(x+2)(x-1)ex-1,
由于当-2<x<1时,μ'(x)<0,故μ(x)在区间[-2,1)上单调递减,且μ(-2)=5e-3-e<0,所以当-2≤x<1
时,μ(x)≤μ(-2)<0.
故当-2≤x<1时,h'(x)<0,h(x)在区间[-2,1)上单调递减,则k≥h(x)max=h(-2)= .
综上,实数k的取值范围为 .
3.(2025高考综合改革适应性演练)已知函数f(x)=aln x+ -x.
(1)设a=1,b=-2,求曲线y=f(x)的斜率为2的切线方程;
(2)若x=1是f(x)的极小值点,求b的取值范围.
解析 (1)当a=1,b=-2时, f(x)=ln x- -x,x>0,
则f '(x)= + -1= ,
令f '(x)=2,得 =2,
整理得3x2-x-2=(x-1)(3x+2)=0,
解得x=1(负值舍去),
又f(1)=-3,所以曲线y=f(x)的斜率为2的切线方程为y+3=2(x-1),
即2x-y-5=0.
(2)解法一:由题可得f(x)的定义域为(0,+∞), f '(x)= - -1= ,
由x=1是f(x)的极小值点,得f '(1)=-1+a-b=0,故a=b+1,
则f '(x)= =- ,
若b≤0,令f '(x)>0,解得x∈(0,1),
令f '(x)<0,解得x∈(1,+∞),
则f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,+∞)上单调递减,
得x=1是f(x)的极大值点,不满足题意;
若0<b<1,令f '(x)>0,解得x∈(b,1),令f '(x)<0,解得x∈(0,b)∪(1,+∞),
则f(x)在(b,1)上单调递增,在(0,b),(1,+∞)上单调递减,
得x=1是f(x)的极大值点,不满足题意;
若b=1,则f '(x)=- ≤0, f(x)在(0,+∞)上单调递减,无极值,不满足题意;
若b>1,令f '(x)>0,解得x∈(1,b),
令f '(x)<0,解得x∈(0,1)∪(b,+∞),
则f(x)在(1,b)上单调递增,在(0,1),(b,+∞)上单调递减,
得x=1是f(x)的极小值点,满足题意.
综上,x=1是f(x)的极小值点时,b的取值范围是(1,+∞).
解法二:由解法一知f'(x)= - -1,因为x=1是f(x)的极小值点,所以存在δ>0,当1<x<1+δ
时, f(x)单调递增,因此f'(x)≥0,令g(x)= - -1,因为g(x)≥0(1<x<1+δ),g(1)=0,所以g'(1)
≥0,因为g'(x)=- + ,所以g'(1)=b-1≥0,解得b≥1,下证充分性.
若b=1,则由解法一知,不满足题意;
若b>1,则由解法一知,满足题意.
综上,b的取值范围为(1,+∞).
4.(2025四川绵阳中学二诊)已知函数f(x)=ex-1-x-ax2.
(1)当a=0时,求f(x)的单调区间;
(2)当x≥0时,若不等式f(x)≥0恒成立,求实数a的取值范围;
(3)若x>0,证明:(ex-1)ln(x+1)>x2.
解析 (1)当a=0时, f(x)=ex-1-x,其定义域为R, f'(x)=ex-1,
当x≤0时, f'(x)≤0;当x>0时, f'(x)>0,
所以f(x)的单调递减区间为(-∞,0],单调递增区间为(0,+∞).
(2)f'(x)=ex-1-2ax,x≥0,
令h(x)=ex-1-2ax,x≥0,
则h'(x)=ex-2a,
由f(x)≥0恒成立得ex-1-x-ax2≥0,易知x=0时成立,当x>0时,分离参数得a≤ ,可用
洛必达法则确定分类标准, = = =
当2a≤1,即a≤ 时,
此时h'(x)≥0,h(x)单调递增,
所以h(x)≥h(0),
即f'(x)≥f'(0)=0,
所以f(x)在[0,+∞)上单调递增,
此时f(x)≥f(0)=0,满足题意;
当2a>1时,当0≤x<ln(2a)时,h'(x)<0,h(x)单调递减,所以h(x)≤h(0)=0,
即f'(x)≤f'(0)=0,
所以f(x)在[0,ln(2a))上单调递减,
此时f(x)≤f(0)=0,不满足题意.
综上,实数a的取值范围为 .
(3)证明:由(2)得,当a= 且x>0时,ex>1+x+ ,
即ex-1>x+ = ,
要证(ex-1)ln(x+1)>x2,
需证ex-1> ,
即证 > ,
即证ln(x+1)> ,
设F(x)=ln(x+1)- (x>0),
则F'(x)= - = ,
当x>0时,F'(x)>0恒成立,
所以F(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为F(0)=0,所以F(x)>0恒成立,原不等式成立.
$