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  1. x1 时, 求函数 f(x)=2lnxx21x 的最大值;
  2. 证明函数 g(x)=cosxln(1+4πx)[0,π2] 上有且只有一个零点 x0, 并判断 x0π4 的大小关系;
  3. 已知 x(π4,π4), 证明: 对任意的 φ[0,π2], 有 sin(x+φ)ln(1+tanx).

解答

  1. 因为 f(x)=(x1)2x0, 所以 f(x) 的最大值为 f(1)=0.

  2. 因为 x[0,π2]g(x)=sinx1π4+x<0, 而 g(0)=1>0, g(π2)=ln3<0, 所以根据零点存在性定理, g(x)[0,π2] 上存在唯一零点 x0. 结合 1 导出的不等式 2lnxx21x, x1, 有 g(π4)=222ln2>22(2)212=0. 所以 x0<π4.

  3. 证明x(π4,π4), 可以知道 minφ[0,π2]sin(x+φ)=sinx, 所以只需证明 h(x)=sinxln(1+tanx)0.

    • x(π4,0), h(x)sinx(1+tanx1)=sinx(11cosx)0.
    • x(0,π4), 再次根据 1: h(x)=sinx2ln1+tanxsinx1+tanx11+tanx=tanx1+tan2xtanx1+tanx0.

    所以证毕!

3 的另证

注意到 h(π4)=g(π4)>0, 所以在 (0,π4) 段, 可以尝试说明 h(x) 是先增后减的. 对于本题来说, 这比较麻烦, 但是可以实现.
因为 h(x)=cos2x(cosx+sinx)1cosx(cosx+sinx), 所以令 u(x)=cos2x(cosx+sinx)1, 则 u(x)=cos3x(13tanx2tan2x), 在 (0,π4) 上只有 x1=arctan1734 一个零点. 则 u(x)(0,x1) 上增, 在 (x1,π4) 上减. 而 u(π4)=221<0, 说明 u(x)(x1,π4) 上存在唯一零点 x2, 则 h(x)(0,x2) 上增, 在 (x2,π4) 上减, 所以 h(x)min{h(0),h(π4)}=0.