第 19 题 解答题
已知函数f(x)=a(e^x+a)−x. (1)讨论f(x)的单调性; (2)证明:当a>0时,f(x)>2lna+(3)/(2). (2)证明见解析
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答案

(1)答案见解析

解析

(1)先求导,再分类讨论a≤0与a>0两种情况,结合导数与函数单调性的关系即可得解; (2)方法一:结合(1)中结论,将问题转化为a^2−(1)/(2)−lna>0的恒成立问题,构造函数g(a)=a^2−(1)/(2)−lna(a>0),利用导数证得g(a)>0即可. 方法二:构造函数h(x)=e^x−x−1,证得e^x≥x+1,从而得到f(x)≥x+lna+1+a^2−x,进而将问题转化为a^2−(1)/(2)−lna>0的恒成立问题,由此得证. 【小问1详解】 因为f(x)=a(e^x+a)−x,定义域为R,所以f′(x)=aex−1, 当a≤0时,由于e^x>0,则ae^x≤0,故f′(x)=aex−1<0恒成立, 所以f(x)在R上单调递减; 当a>0时,令f′(x)=aex−1=0,解得x=−lna, 当x<−lna时,f′(x)<0,则f(x)在(−∞,−lna)上单调递减; 当x>−lna时,f′)x>0,则f(x)在(−lna,+∞)上单调递增; 综上:当a≤0时,f(x)在R上单调递减; 当a>0时,f(x)在(−∞,−lna)上单调递减,f(x)在(−lna,+∞)上单调递增. 【小问2详解】 方法一: 由(1)得,f(x)(min)=f(−lna)=a(e^(−lna2)+a)+lna=1+a+lna, 要证f(x)>2lna+(3)/(2),即证1+a^2+lna>2lna+(3)/(2),即证a^2−(1)/(2)−lna>0恒成立, 令g(a)=a^2−(1)/(2)−lna(a>0),则g′(a)=2a−(1)/(a)=(2a2−1)/(a), 令g′(a)<0,则0<a<(2)/(2);令g′(a)>0,则a>(2)/(2); 所以g(a)在^__0,(2)/(2)上单调递减,在^__(2)/(2),+∞上单调递增, 所以g(a)(min)=g(2)/(2)=(2)/(2)^2-(1)/(2)-ln(2)/(2)=ln2>0,则g(a)>0恒成立, 所以当a>0时,f(x)>2lna+(3)/(2)恒成立,证毕. 方法二: 令h(x)=e^x−x−1,则h′(x)=ex−1, 由于y=e^x在R上单调递增,所以h′(x)=ex−1在R上单调递增, 又h′(0)=e0−1=0, 所以当x<0时,h′(x)<0;当x>0时,h′(x)>0; 所以h(x)在(−∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增, 故h(x)≥h(0)=0,则e^x≥x+1,当且仅当x=0时,等号成立, 因为f(x)=a(e^(xx2x+lna22)+a)−x=ae+a−x=e+a−x≥x+lna+1+a−x, 当且仅当x+lna=0,即x=−lna时,等号成立, 所以要证f(x)>2lna+(3)/(2),即证x+lna+1+a^2−x>2lna+(3)/(2),即证a^2−(1)/(2)−lna>0, 令g(a)=a^2−(1)/(2)−lna(a>0),则g′(a)=2a−(1)/(a)=(2a2−1)/(a), 令g′(a)<0,则0<a<(2)/(2);令g′(a)>0,则a>(2)/(2); 所以g(a)在^__0,(2)/(2)上单调递减,在^__(2)/(2),+∞上单调递增, 所以g(a)(min)=g(2)/(2)=(2)/(2)^2-(1)/(2)-ln(2)/(2)=ln2>0,则g(a)>0恒成立, 所以当a>0时,f(x)>2lna+(3)/(2)恒成立,证毕.

本题来自2023年普通高等学校招生全国统一考试(新高考全国Ⅰ卷) 数 学 试卷类型:A 4.考生必须保持答题卡的整洁.考试结束后,将试卷和答题卡一并交回.(数学,共 22 题 150 分)解答题部分。 返回整卷目录可按题型浏览全部题目;也可以在良师宝 App 中刷题。