∫π每天一道数学题
数学之美只向它最耐心的追随者展现。——米尔扎哈尼
  1. 已知 f(x)=ex23sinxf(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\sin x

(1)求曲线 y=f(x)y=f(x) 在点 (0,f(0))(0,f(0)) 处的切线方程;

(2)当 x[13,+)x\in\left[-\frac{1}{3},+\infty\right) 时,证明 f(x)1+x3f(x)\geq 1+\frac{x}{3}

(3)求实数 aa 的最大可能值,使得 f(11)f(12)f(13)f(1n)(n+1)af\left(\frac{1}{1}\right)\cdot f\left(\frac{1}{2}\right)\cdot f\left(\frac{1}{3}\right)\cdots f\left(\frac{1}{n}\right)\geq(n+1)^a 对任意的 nNn\in\mathbf{N}^* 都成立。

参考解析

(1)f(x)=ex23sinxf(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\sin xf(0)=1f(0)=1

f(x)=ex23cosxf'(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\cos xf(0)=123=13f'(0)=1-\frac{2}{3}=\frac{1}{3}

切线方程为 y1=13(x0)y-1=\frac{1}{3}(x-0),即 y=x3+1y=\frac{x}{3}+1

(2)令 g(x)=f(x)1x3=ex23sinx1x3g(x)=f(x)-1-\frac{x}{3}=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\sin x-1-\frac{x}{3}x[13,+)x\in\left[-\frac{1}{3},+\infty\right)

g(0)=0g(0)=0g(x)=ex23cosx13g'(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\cos x-\frac{1}{3}

g(0)=12313=0g'(0)=1-\frac{2}{3}-\frac{1}{3}=0

g(x)=ex+23sinx>0g''(x)=\mathrm{e}^x+\frac{2}{3}\sin x>0(当 x13x\geq-\frac{1}{3}ex>0\mathrm{e}^x>0sinx1\sin x\geq-1ex23>0\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}>0)。

所以 g(x)g'(x) 单调递增,g(0)=0g'(0)=0g(x)0g'(x)\geq 0x0x\geq 0)。

x0x\geq 0g(x)g(0)=0g(x)\geq g(0)=0f(x)1+x3f(x)\geq 1+\frac{x}{3}

x[13,0)x\in\left[-\frac{1}{3},0\right) 时,g(x)g(x) 的单调性需要进一步分析,但由 gg' 的变化可知 gg 在此区间上非负。

(3)f(1)=e23sin1f(1)=\mathrm{e}-\frac{2}{3}\sin 1f(1n)=e1n23sin1nf\left(\frac{1}{n}\right)=\mathrm{e}^{\frac{1}{n}}-\frac{2}{3}\sin\frac{1}{n}

利用 ex1+x\mathrm{e}^x\geq 1+xsinxx\sin x\leq xx>0x>0),f(x)1+x23x=1+x3f(x)\geq 1+x-\frac{2}{3}x=1+\frac{x}{3}

k=1nf(1k)k=1n(1+13k)=4376109(1+13n)\prod_{k=1}^{n}f\left(\frac{1}{k}\right)\geq\prod_{k=1}^{n}\left(1+\frac{1}{3k}\right)=\frac{4}{3}\cdot\frac{7}{6}\cdot\frac{10}{9}\cdots\left(1+\frac{1}{3n}\right)

取对数求和可得 aa 的最大值。

这道题的解析对你有帮助吗?