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已知 a∈R, 函数 f(x)=sin⁡(ax−a)−ln⁡(x2−x).

  1. 证明: 曲线 y=f(x) 是中心对称图形;
  2. 当 a=0 时, 函数 y=f(x)−bx 为减函数, 求实数 b 的最小值;
  3. 当 a=π 时, 证明: 方程 f(x)=0 有三个不等实根.
解答

  1. 证明 首先 f(x) 的定义域是 (0,2), 关于 1 对称. 其次 f(1−x)+f(1+x)=sin⁡(−ax)+sin⁡(ax)−ln⁡(1−x1+x)−ln⁡(1+x1−x)=0, 所以 y=f(x) 是关于 (1,0) 中心对称的图形.
  2. 解 由题意, f′(x)−b=−2x(2−x)−b≤0 在 (0,2) 上恒成立. 而 −2x(2−x)−b=−21−(x−1)2−b≤−2−b, 所以 b 的最小值为 −2.
  3. 证明 首先 f(1)=0; 然后因为 f(76)=12−ln⁡75>12−12(75−57)=12−1235>0, 以及 f(32)=1−ln⁡3<0, [1]得 f(x) 在 (76,32) 上存在一零点 x0, 再由 1 的中心对称性, 得到另一个零点 2−x0. 到这里证明已经完毕, 因为题目只需要我们证明存在性. [2]


  1. 致敬一下量化调酒师: 注意到 12−ln⁡75=∫012x+14x+10dx>0,ln⁡3−1=∫01(1−x)2(4x+1)3(2x+1)2dx>0. ↩︎

  2. 如果是"有且仅有", 还需要说明零点不能超过 3 个. 而 f′(x)=πcos⁡(π(x−1))−2x(2−x), f″(x)=−π2sin⁡(π(x−1))+4(1−x)[x(2−x)]2<0, 这说明 f′(x) 在 (1,2) 上至多只有一个零点, 也即 f(x) 在 (1,2) 上至多只有一个极值点. 又因为 f(1)=0, 所以 f(x) 在 (1,2) 上也确实只有一个零点. ↩︎