题目内容

已知函数f(x)=lnx+
1
x
.
(1)求曲线y=f(x)在(2,f(2))处的切线方程;
(2)若g(x)=f(x)-
1
x
+ax2-2x有两个不同的极值点.其极小值为M,试比较2M与-3的大小,并说明理由;
(3)设q>p>2,求证:当x∈(p,q)时,
f(x)-f(p)
x-p
>
f(x)-f(p)
x-q
.
考点:利用导数研究函数的极值,利用导数研究曲线上某点切线方程
专题:导数的综合应用
分析:(1)求出f(x)在该点处的导数,即得切线的斜率,用点斜式写出切线的方程;
(2)利用导数求出函数g(x)的极小值M,即可比较2M与-3的大小;
(3)用分析法证明x∈(p,q)时,
f(x)-f(p)
x-p
>f′(x)
成立,同理证得x∈(p,q)时,f′(x)>
f(x)-f(q)
x-q
成立,即得所证结论.
解答: 解:(1)∵f(x)=lnx+
1
x
,
∴f′(x)=
1
x
-
1
x2
,∴f(2)=ln2+
1
2
,f′(2)=
1
4
;
∴所求的切线方程为y-(ln2+
1
2
)=
1
4
(x-2)
,
即x-4y+4ln2=0;
(2)∵g(x)=ax2-2x+lnx,∴g′(x)=2ax-2+
1
x
=
2ax2-2x+1
x
(x>0)
;
又∵g(x)有两个不同的极值点,
∴p(x)=2ax2-2x+1=0在(0,+∞)有两个不同的根x1,x2(x1<x2),
则△>0且x1+x2>0,x1x2>0,解得0<a<
1
2
;
∴g(x)在(0,x1)上递增,(x1,x2)上递减,(x2,+∞)上递增,
∴g(x)的极小值M=g(x2)=a
x
2
2
-2x2+lnx2
;
又∵2a
x
2
2
-2x2+1=0且x2=
1+
1-2a
2a
∈(1,+∞)
,
∴M=M(x2)=x2-
1
2
-2x2+lnx2=lnx2-x2-
1
2
(x2>1)
,
则M′(x2)=
1-x2
x2
<0
,
∴M(x2)在(1,+∞)递减,
∴M(x2)<M(1)=-
3
2
,故2M<-3;

(3)先证明:当x∈(p,q)时,
f(x)-f(p)
x-p
>f′(x)
;
即证:
lnx+
1
x
-lnp-
1
p
x-p
>
x-1
x2
,
只需证:lnx+
p+2
x
-
p
x2
-lnp-
1
p
-1>0
;
事实上,设u(x)=lnx+
p+2
x
-
p
x2
-lnp-
1
p
-1(p<x<q)
,
易得u′(x)=
(x-2)(x-p)
x3
>0
,
∴u(x)在(p,q)内递增,
∴u(x)>u(p)=0,即原式成立; 
同理可证当x∈(p,q)时,f′(x)>
f(x)-f(q)
x-q
;
综上,当x∈(p,q)时,
f(x)-f(p)
x-p
>
f(x)-f(q)
x-q
.
点评:本题考查了利用导数求函数曲线上某一点处的切线方程的问题,利用导数研究函数的单调性与极值的问题,也考查了不等式的证明问题,是综合性问题.
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