题目内容
3.对于定义在[0,+∞)上的函数f(x),若函数y=f(x)-(ax+b)满足:①在区间[0,+∞)上单调递减;②存在常数p,使其值域为(0,p],则称函数g(x)=ax+b为f(x)的“渐近函数”;(I)证明:函数 g(x)=x+1是函数f(x)=$\frac{{x}^{2}+2x+3}{x+1}$,x∈[0,+∞)的渐近函数,并求此时实数p的值;
(Ⅱ)若函数f(x)=$\sqrt{{x}^{2}+1}$,x∈[0,+∞),g(x)=ax,证明:当0<a<1时,g(x)不是f(x)的渐近函数.
分析 (1)通过令t(x)=f(x)-g(x),利用“渐近函数”的定义逐条验证即可;
(2)通过记t(x)=f(x)-g(x),结合“渐近函数”的定义可知$\frac{2x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}$<a,问题转化为求当x∈[0,+∞)时q(x)=$\frac{2x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}$的最大值问题,进而计算可得a的范围,从而证明结论.
解答 (1)证明:依题意,令t(x)=f(x)-g(x),
则t(x)=$\frac{{x}^{2}+2x+3}{x+1}$-(x+1)=$\frac{2}{x+1}$,
∵t′(x)=-$\frac{2}{({x+1)}^{2}}$<0,
∴t(x)在区间[0,+∞)上单调递减,且$\underset{lim}{x→∞}$t(x)=0,
∴0<t(x)≤t(0)=2,
于是函数g(x)=x+1是函数f(x)=$\frac{{x}^{2}+2x+3}{x+1}$,
x∈[0,+∞)的渐近函数,此时实数p=2;
(2)证明:记t(x)=f(x)-g(x)=$\sqrt{{x}^{2}+1}$-ax,
则t′(x)=$\frac{2x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}$-a,
∵函数f(x)=$\sqrt{{x}^{2}+1}$,x∈[0,+∞)的渐近函数是g(x)=ax,
∴当x∈[0,+∞)时t′(x)<0,即$\frac{2x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}$<a,
令函数q(x)=$\frac{2x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}$,其中x∈[0,+∞),
当x=0时,q(x)=0;
当x≠0时,q(x)=$\frac{2x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}$=$\frac{2}{\sqrt{\frac{{x}^{2}+1}{{x}^{2}}}}$=$\frac{2}{\sqrt{1+\frac{1}{{x}^{2}}}}$在区间(0,+∞)上单调递增,
且$\underset{lim}{x→∞}$q(x)=2,
∴a≥2.
当0<a<1时,g(x)不是f(x)的渐近函数.
点评 本题考查新定义函数的理解与应用,涉及导数的计算,函数单调性及极限知识,注意解题方法的积累,属于中档题.
| A. | $\frac{1}{2}$ | B. | $\frac{1}{3}$ | C. | $\frac{2}{3}$ | D. | $\frac{3}{4}$ |
| A. | 2×(31008-1) | B. | 2×31008 | C. | $\frac{{{3^{2016}}-1}}{2}$ | D. | $\frac{{{3^{2016}}+1}}{2}$ |
| A. | $\sqrt{21}$ | B. | 2$\sqrt{21}$ | C. | $\sqrt{29}$ | D. | 2$\sqrt{29}$ |