1、已知函数![]()
(I)求函数
的极值;
(Ⅱ)对于曲线上的不同两点
,如果存在曲线上的点
,且
,使得曲线在点
处的切线
,则称
为弦
的伴随切线,特别地,当
时,又称
为
的
伴随切线。
(i)求证:曲线
的任意一条弦均有伴随切线,并且伴随切线是唯一的;
(ii)是否存在曲线
,使得曲线
的任意一条弦均有
伴随切线?若存在,给出一条这样的曲线,并证明你的结论;若不存在,说明理由。
解法一:
(I)
当
时,
,函数
在
内是增函数,
函数
没有极值
当
时,令
得![]()
当
变化时,
与
变化情况如下表:
|
|
|
|
|
|
|
+ |
0 |
- |
|
|
单调递增 |
极大值 |
单调递减 |
当
时,
取得极大值![]()
综上,当
时,
没有极值;
当
时,
的极大值为
,没有极小值
(Ⅱ)(i)设
是曲线
上的任意两点,要证明
有伴随切线,只需证明存在点
使得
,且点
不在
上。
即证存在
,使得![]()
即
成立,且点
不在
上
以下证明方程
在
内有解。
记
则![]()
令![]()
![]()
在
内是减函数,![]()
取
则
,即![]()
同理可证![]()
函数
在(
)内有零点
即方程
在
内有解![]()
又对于函数
取
,则
,
可知
即点
不在
上。
又
是增函数,
的零点是唯一的,
即方程
在
内有唯一解
综上,曲线
上的任意一条弦均有伴随切线,并且伴随切线是唯一的
(ii)取曲线
,则曲线
的任意一条弦均有
伴随切线。
证明如下:
设
是曲线
上任意两点
,
则![]()
即曲线
的任意一条弦均有
伴随切线
注:只要考生给出一条满足条件的曲线,并给出正确证明,均给满分,若只给
曲线,没有给出正确的证明,不给分。
解法二:
(I)同解法一。
(Ⅱ)(i)设
是曲线
上的任意两点,要证明
有伴随切线,只需证明存在点
,
,使得
且点
不在
上
即证存在
,使得![]()
即
成立,且点
不在
上
以下证明方程
在
内有解
设![]()
则![]()
记![]()
![]()
在
内是增函数,
![]()
同理![]()
方程
在
内有解![]()
又对于函数![]()
![]()
可知
即点
不在
上。
又
在
内是增函数。
方程
在
内有唯一解
综上,曲线
上的任意一条弦均有伴随切线,并且伴随切线是唯一的
(ii)同解法一。
2下述数阵称为“森德拉姆筛”,记为S.其特点是每行每列都是等差数列,第i行第j列的数记为
Aij.
1 4 7 10 13 …
4 8 12 16 20 …
7 12 17 22 27 …
10 16 22 28 34 …
13 20 27 34 41 …
… … … …
![]()
(1)证明:存在常数
,对任意正整数i、j,
总是合数;
(2)设 S中主对角线上的数1,8,17,28,41,…组成数列
. 试证不存在正整数k和m![]()
,使得
成等比数列;
(3)对于(2)中的数列
,是否存在正整数p和r
,使得
成等差数列.若存在,写出
的一组解(不必写出推理过程);若不存在,请说明理由.
(1)[证明]因为第一行数组成的数列{A1j}(j=1,2,…)是以1为首项,公差为3的等差数列,所以A1 j=1+(j-1)×3=3 j-2,
第二行数组成的数列{A2j}(j=1,2,…)是以4为首项,公差为4的等差数列,
所以A2 j=4+(j-1)×4=4j ………………………2分
所以A2 j-A1 j=4 j-(3 j-2)=j+2,
所以第j列数组成的数列{ Aij}(i=1,2,…)是以3 j-2为首项,
公差为 j+2的等差数列,
所以Aij=3 j-2+(i-1) ×(j+2) =ij+2i+2j-4
=(i+3) (j+2) 8. ……………5分
故Aij+8=(i+3) (j+2)是合数.
所以当
=8时,对任意正整数i、j,
总是合数
…………6分
(2)[证明](反证法)假设存在k、m,
,使得
成等比数列,即
……………7分
∵bn=Ann =(n+2)2-4
∴![]()
得
,
即
,
10分
又∵
,且k、m∈N,∴k≥2、m≥3,![]()
∴
,这与
∈Z矛盾,所以不存在正整数k和m
,
使得
成等比数列.……………12分
(3)[解]假设存在满足条件的
,那么![]()
即
. ……… 14分
不妨令
得![]()
所以存在
使得
成等差数列. …… 16分
(注:第(3)问中数组
不唯一,例如
也可以)