题目内容

设f(x)=ex-a(x+1).
(1)若a>0,f(x)≥0对一切x∈R恒成立,求a的最大值;
(2)设g(x)=f(x)+
a
ex
,A(x1,y1),B(x2,y2)(x1≠x2)
是曲线y=g(x)上任意两点,若对任意的a≤-1,直线AB的斜率恒大于常数m,求m的取值范围;
(3)是否存在正整数a.使得1n+3n+…+(2n-1)n<
e
e-1
(an)n
对一切正整数n都成立?若存在,求a的最小值;若不存在,请说明理由.
分析:(1)由f(x)=ex-a(x+1),知f′(x)=ex-a,故f(x)min=f(lna)=a-a(lna+1)=-alna,再由f(x)≥0对一切x∈R恒成立,能amax.
(2)由f(x)=ex-a(x+1),知g(x)=f(x)+
a
ex
=ex+
a
ex
-ax-a
.由a≤-1,直线AB的斜率恒大于常数m,知g′(x)=ex-
a
ex
-a≥2
ex•(-
a
ex
)
-a=-a+2
-a
=m,(a≤-1),由此能求出实数m的取值范围.
(3)设t(x)=ex-x-1,则t′(x)=ex-1,从而得到ex≥x+1,取x=-
i
2n
,i=1,3,…,2n-1
,用累加法得到(
1
2n
)n+(
3
2n
)n+…+(
2n-1
2n
)n<e-
2n-1
2
+e-
2n-3
2
+…+e-
1
2
=
e-
1
2
(1-e-n)
1-e-1
<
e
e-1
.由此能够推导出存在正整数a=2.使得1n+3n+…+(2n-1)n<
e
e-1
•(an)n.
解答:解:(1)∵f(x)=ex-a(x+1),
∴f′(x)=ex-a,
∵a>0,f′(x)=ex-a=0的解为x=lna.
∴f(x)min=f(lna)=a-a(lna+1)=-alna,
∵f(x)≥0对一切x∈R恒成立,
∴-alna≥0,
∴alna≤0,
∴amax=1.
(2)∵f(x)=ex-a(x+1),
∴g(x)=f(x)+
a
ex
=ex+
a
ex
-ax-a
.
∵a≤-1,直线AB的斜率恒大于常数m,
∴g′(x)=ex-
a
ex
-a≥2
ex•(-
a
ex
)
-a=-a+2
-a
=m,(a≤-1),
解得m≤3,
∴实数m的取值范围是(-∞,3].
(3)设t(x)=ex-x-1,
则t′(x)=ex-1,令t′(x)=0得:x=0.
在x<0时t′(x)<0,f(x)递减;在x>0时t′(x)>0,f(x)递增.
∴t(x)最小值为f(0)=0,故ex≥x+1,
取x=-
i
2n
,i=1,3,…,2n-1
,
得1-
i
2n
≤e-
i
2n
,即(
2n-i
2n
)n≤e-
i
2
,
累加得(
1
2n
)n+(
3
2n
)n+…+(
2n-1
2n
)n<e-
2n-1
2
+e-
2n-3
2
+…+e-
1
2
=
e-
1
2
(1-e-n)
1-e-1
<
e
e-1
.
∴1n+3n+…+(2n-1)n<
e
e-1
•(2n)n,
故存在正整数a=2.使得1n+3n+…+(2n-1)n<
e
e-1
•(an)n.
点评:本题考查满足条件的实数的最大值的求法,考查满足条件地实数的取值范围的求法,探索满足条件的实数的最小值.综合性强,难度大.解题时要认真审题,合理地运算导数性质进行等价转化.
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