∫π每天一道数学题
  1. 已知 f(x)=ex−23sin⁡xf(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 n∈N∗n\in\mathbf{N}^* 都成立。

参考解析

(1)f(x)=ex−23sin⁡xf(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\sin x,f(0)=1f(0)=1。

f′(x)=ex−23cos⁡xf'(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\cos x,f′(0)=1−23=13f'(0)=1-\frac{2}{3}=\frac{1}{3}。

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

(2)令 g(x)=f(x)−1−x3=ex−23sin⁡x−1−x3g(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)=0,g′(x)=ex−23cos⁡x−13g'(x)=\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}\cos x-\frac{1}{3}。

g′(0)=1−23−13=0g'(0)=1-\frac{2}{3}-\frac{1}{3}=0。

g′′(x)=ex+23sin⁡x>0g''(x)=\mathrm{e}^x+\frac{2}{3}\sin x>0(当 x≥−13x\geq-\frac{1}{3} 时 ex>0\mathrm{e}^x>0,sin⁡x≥−1\sin x\geq-1,ex−23>0\mathrm{e}^x-\frac{2}{3}>0)。

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

当 x≥0x\geq 0 时 g(x)≥g(0)=0g(x)\geq g(0)=0,f(x)≥1+x3f(x)\geq 1+\frac{x}{3}。

当 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 g′g' 的变化可知 gg 在此区间上非负。

(3)f(1)=e−23sin⁡1f(1)=\mathrm{e}-\frac{2}{3}\sin 1,f(1n)=e1n−23sin⁡1nf\left(\frac{1}{n}\right)=\mathrm{e}^{\frac{1}{n}}-\frac{2}{3}\sin\frac{1}{n}。

利用 ex≥1+x\mathrm{e}^x\geq 1+x 和 sin⁡x≤x\sin x\leq x(x>0x>0),f(x)≥1+x−23x=1+x3f(x)\geq 1+x-\frac{2}{3}x=1+\frac{x}{3}。

∏k=1nf(1k)≥∏k=1n(1+13k)=43⋅76⋅109⋯(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?