∫π每天一道数学题
  1. f(x)f(x) 的定义域为 (−1,+∞)(-1,+\infty), f(0)=0f(0)=0, f′(x)=ln⁡(1+x)1+xf'(x)=\frac{\ln(1+x)}{1+x}. l1l_1: 过 A(a,f(a))(a≠0)A(a,f(a))(a\neq0) 的切线.

(1) 求 f′(x)f'(x) 的最大值;

(2) 当 −1<a<0-1<a<0 时, 求证: y=f(x)y=f(x) 的图像除点 AA 外恒在 l1l_1 上方;

(3) 当 a>0a>0 时, l2⊥l1l_2\perp l_1 且过点 AA, l1,l2l_1,l_2 与 xx 轴分别交于 x1,x2x_1,x_2. 求 2a−x1−x2x2−x1\frac{2a-x_1-x_2}{x_2-x_1} 的取值范围.

参考解析

(1) f′(x)=ln⁡(1+x)/(1+x)f'(x)=\ln(1+x)/(1+x), 令 g(x)=f′(x)g(x)=f'(x), 则 g′(x)=1−ln⁡(1+x)(1+x)2g'(x)=\frac{1-\ln(1+x)}{(1+x)^2}. 当 x=e−1x=e-1 时 g′(x)=0g'(x)=0; 当 −1<x<e−1-1<x<e-1 时 g′(x)>0g'(x)>0; 当 x>e−1x>e-1 时 g′(x)<0g'(x)<0. 故 f′(x)f'(x) 在 x=e−1x=e-1 处取得最大值 fmax⁡′=1/ef'_{\max}=1/e.

(2) 设 h(x)=f(x)−l1(x)h(x)=f(x)-l_1(x), 其中 l1(x)=f′(a)(x−a)+f(a)l_1(x)=f'(a)(x-a)+f(a). 则 h′(x)=f′(x)−f′(a)h'(x)=f'(x)-f'(a). 由 (1) 知 f′(x)f'(x) 在 (−1,e−1)(-1,e-1) 上单调递增, 在 (e−1,+∞)(e-1,+\infty) 上单调递减. 因为 −1<a<0<e−1-1<a<0<e-1, 所以当 x>ax>a 时 h′(x)<0h'(x)<0, 当 x<ax<a 时 h′(x)>0h'(x)>0. 故 h(x)≥h(a)=0h(x)\geq h(a)=0, 即 f(x)≥l1(x)f(x)\geq l_1(x), 等号仅当 x=ax=a 时成立.

(3) f(x)=ln⁡2(1+x)/2f(x)=\ln^2(1+x)/2. l1l_1 的方程为 y−f(a)=f′(a)(x−a)y-f(a)=f'(a)(x-a), 令 y=0y=0 得 x1=a−(1+a)ln⁡(1+a)/2x_1=a-(1+a)\ln(1+a)/2. 由 l2⊥l1l_2\perp l_1 得 l2l_2 的斜率为 −1/f′(a)-1/f'(a), 令 y=0y=0 得 x2=a+ln⁡3(1+a)/(2(1+a))x_2=a+\ln^3(1+a)/(2(1+a)). 化简 2a−x1−x2x2−x1\frac{2a-x_1-x_2}{x_2-x_1} 并令 t=ln⁡(1+a)>0t=\ln(1+a)>0, 可得取值范围.

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