2020 年高考数学一模试卷
一、选择题.
1.已知集合 A={x|x>1},B={x|x≥1},则(∁RA)∩B=( )
A.∅ B.{1} C.R D.(1,+∞)
2.双曲线 ﹣y2=1 的焦点到渐近线的距离是( )
A.1 B. C. D.2
3.底面是正方形且侧棱长都相等的四棱锥的三视图如图所示,则该四棱锥的体积是( )
A.4 B.8 C. D.
4.若实数 x,y 满足不等式组 ,则 x﹣3y( )
A.有最大值﹣2,最小值﹣ B.有最大值 ,最小值 2
C.有最大值 2,无最小值 D.有最小值﹣2,无最大值
5.在△ABC 中,已知 A= ,则“sinA>sinB”是“△ABC 是钝角三角形”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
6.已知 a>0,且 a≠1,若 loga2>1,则 y=x﹣ 的图象可能是( )
A. B.
C. D.
7.已知 x1,x2,x3∈R,x1<x2<x3,设 y1= ,y2= ,y3= ,z1=
,z2= ,z3= ,若随机变量 X,Y,Z 满足:P(X=xi)=P(Y=yi)=P
(Z=zi)= (i=1,2,3),则( )
A.D( X )<D(Y )<D(Z ) B.D( X )>D(Y )>D(Z )
C.D( X )<D(Z )<D(Y ) D.D( X )>D(Z )>D(Y )
8.如图,三棱锥 V﹣ABC 的底面 ABC 是正三角形,侧棱长均相等,P 是棱 VA 上的点(不
含端点),记直线 PB 与直线 AC 所成角为 α,二面角 P﹣AC﹣B 的平面角为 β,则 α+β
不可能是( )
A. B. C. D.
9.如图,一系列椭圆∁n: + =1(n∈N*),射线 y=x(x≥0)与椭圆∁n 交于点 Pn,
设 an=|PnPn+1|,则数列{an}是( )
A.递增数列 B.递减数列
C.先递减后递增数列 D.先递增后递减数列
10.设 a∈R,若 x∈[1,e]时恒有(e﹣1)x•ln(x+ )≤x2﹣x+a(其中 e=2.71828……为
自然对数的底数),则恒有零点的是( )
A.y=x2+ax+1 B.y=ax2+3x+1 C.y=ex+a﹣1 D.y=ex﹣a+1
二、填空题(共 7 小题)
11.函数 f(x)=﹣3sin(πx+2)的最小正周期为 ,值域为 .
12.已知 i 为虚数单位,复数 z 满足 =1﹣2i,则 z= ,|z|= .
13.已知 (1+x)6﹣(2+x)6=a0+a1x+a2x2+……+a5x5+a6x6,则 a6= ,|a0|+|a1|+|a2|+
……+|a5|+|a6|= .
14.已知函数 f(x)= ,若 f(﹣1)=f (1),则实数 a= ;
若 y=f(x)存在最小值,则实数 a 的取值范围为 .
15.某地区有 3 个不同值班地点,每个值班地点需配一名医务人员和两名警察,现将 3 名
医务人员(1 男 2 女)和 6 名警察(4 男 2 女)分配到这 3 个地点去值班,要求每个值班
地点至少有一名女性,则共有 种不同分配方案.(用具体数字作答)
16.已知平面向量 , , , ,满足| |=| |=| |=1, • =0,| ﹣ |=| • |,则 •
的取值范围为 .
17.已知 a,b∈R,设函数 f(x)=2|sinx+a|+|cos2x+sinx+b|的最大值为 G(a,b),则 G(
a,b)的最小值为 .
三、解答题(共 5 小题)
18.在△ABC 中,已知内角 A,B,C 的对边分别是 a,b,c,且 b=1, = .
(Ⅰ)求角 A;
(Ⅱ)若 a=2,求△ABC 的面积.
19.如图,四棱锥 A﹣BCDE 中,底面 BCDE 是正方形,∠ABC=90°,AC=2,BC=1,
AE= .
(Ⅰ)求证:BC⊥AE;
(Ⅱ)求直线 AD 与平面 BCDE 所成角的正弦值.
20.已知数列{an}是等比数列,a1=2,且 a2,a3+2,a4 成等差数列.数列{bn}满足:b1+
+ +……+ = (n∈N*).
(Ⅰ)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(Ⅱ)求证: + + +……+ < .
21.如图,已知点 O(0,0),E(2,0),抛物线 C:y2=2px(p>0)的焦点 F 为线段 OE
中点.
(Ⅰ)求抛物线 C 的方程;
(Ⅱ)过点 E 的直线交抛物线 C 于 A,B 两点, =4 ,过点 A 作抛物线 C 的切线 l,
N 为切线 l 上的点,且 MN⊥y 轴,求△ABN 面积的最小值.
22.已知函数 f(x)=(x+1)ex﹣ax2(x>0).
(Ⅰ)若函数 f(x)在 (0,+∞)上单调递增,求实数 a 的取值范围;
(Ⅱ)若函数 f(x)有两个不同的零点 x1,x2,
(ⅰ)求实数 a 的取值范围;
(ⅱ)求证: + ﹣ >1.(其中 t0 为 f(x)的极小值点)
参考答案
一、选择题(共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分.在每小题给出的四个选项中,只有一项
是符合题目要求的)
1.已知集合 A={x|x>1},B={x|x≥1},则(∁RA)∩B=( )
A.∅ B.{1} C.R D.(1,+∞)
【分析】进行交集和补集的运算即可.
解:∵A={x|x>1},B={x|x≥1},
∴∁RA={x|x≤1},(∁RA)∩B={1}.
故选:B.
2.双曲线 ﹣y2=1 的焦点到渐近线的距离是( )
A.1 B. C. D.2
【分析】根据双曲线的方程求出啊、焦点坐标和渐近线,利用点到直线的距离公式进行
求解即可.
解:双曲线 ﹣y2=1 的渐近线为 y=± x,
a2=3,b2=1,c2=a2+b2=3+1=4,即 C=2,
设一个焦点 F(2,0),渐近线方程为 x+y=0,
则焦点 F 到其渐近线的距离 d= = ,
故选:A.
3.底面是正方形且侧棱长都相等的四棱锥的三视图如图所示,则该四棱锥的体积是( )
A.4 B.8 C. D.
【分析】根据三视图知该四棱锥的底面是边长为 2 的正方形,且各侧面的斜高是 2;求
出四棱锥的底面积和高,计算它的体积.
解:根据三视图知该四棱锥的底面是边长为 2 的正方形,且各侧面的斜高是 2;
画出图形,如图所示;
所以该四棱锥的底面积为 S=22=4,高为 h= = ;
所以该四棱锥的体积是 V= Sh= ×4× = .
故选:C.
4.若实数 x,y 满足不等式组 ,则 x﹣3y( )
A.有最大值﹣2,最小值﹣ B.有最大值 ,最小值 2
C.有最大值 2,无最小值 D.有最小值﹣2,无最大值
【分析】画出不等式组表示的平面区域,设 z=x﹣3y,则直线 x﹣3y﹣z=0 是一组平行
线,找出最优解,求出 z 有最大值,且 z 无最小值.
解:画出不等式组 表示的平面区域,如图阴影所示;
设 z=x﹣3y,则直线 x﹣3y﹣z=0 是一组平行线;
当直线过点 A 时,z 有最大值,由 ,得 A(2,0);
所以 z 的最大值为 x﹣3y=2﹣0=2,且 z 无最小值.
故选:C.
5.在△ABC 中,已知 A= ,则“sinA>sinB”是“△ABC 是钝角三角形”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【分析】A= ,则“sinA>sinB”,利用正弦定理可得:a>b,A>B,B< ,C 为
钝角.反之不成立.可能 B 是钝角.
解:A= ,则“sinA>sinB”,由正弦定理可得:a>b⇔B< ,C 为钝角,⇒“△ABC
是钝角三角形”,反之不成立.可能 B 是钝角.
∴A= ,则“sinA>sinB”是“△ABC 是钝角三角形”的充分不必要条件.
故选:A.
6.已知 a>0,且 a≠1,若 loga2>1,则 y=x﹣ 的图象可能是( )
A. B.
C. D.
【分析】先根据对数不等式求出 a 的范围,然后利用特殊值验证找出图象.
解:∵loga2>1,
∴a>1.
结合图象 f(1)=1﹣a<0,故排除 B,C.
又∵f(﹣1)=﹣1﹣a<0,故排除 A.
D 选项满足.
故选:D.
7.已知 x1,x2,x3∈R,x1<x2<x3,设 y1= ,y2= ,y3= ,z1=
,z2= ,z3= ,若随机变量 X,Y,Z 满足:P(X=xi)=P(Y=yi)=P
(Z=zi)= (i=1,2,3),则( )
A.D( X )<D(Y )<D(Z ) B.D( X )>D(Y )>D(Z )
C.D( X )<D(Z )<D(Y ) D.D( X )>D(Z )>D(Y )
【分析】计算可得 E(X)=E(Y),进而得到 D(X)>D(Y),同理 D(Y)>D(
Z),
解:E(X)= ,
E(Y)= ( + + )= =E(X),
, , 距 E(Y),x1,x2,x3 较近,
所以 D(X)>D(Y),
同理 D(Y)>D(Z),
故 D( X )>D(Y )>D(Z ),
故选:B.
8.如图,三棱锥 V﹣ABC 的底面 ABC 是正三角形,侧棱长均相等,P 是棱 VA 上的点(不
含端点),记直线 PB 与直线 AC 所成角为 α,二面角 P﹣AC﹣B 的平面角为 β,则 α+β
不可能是( )
A. B. C. D.
【分析】由题意,三棱锥 V﹣ABC 为正三棱锥,过 P 作 PE∥AC,则∠BPE 为直线 PB
与直线 AC 所成角为 α,二面角 P﹣AC﹣B 的平面角为 β,即 V﹣AC﹣B 的平面角为 β,
然后利用运动思想分析两角的范围,可得 α+β∈( ,π),则 α+β 不可能是 ,答案
可求.
解:如图,由题意,三棱锥 V﹣ABC 为正三棱锥,
过 P 作 PE∥AC,则∠BPE 为直线 PB 与直线 AC 所成角为 α,
当 P 无限靠近 A 时,∠PBE 无限接近 ,但小于 ,则∠BPE=∠BEP=α> .
当棱锥的侧棱无限长,P 无限靠近 V 时,α 无限趋于 但小于 ;
二面角 P﹣AC﹣B 的平面角为 β,即 V﹣AC﹣B 的平面角为 β,
由三棱锥存在,得 β>0,随着棱长无限增大,β 无限趋于 .
∴α+β∈( ,π).
则 α+β 不可能是 .
故选:D.
9.如图,一系列椭圆∁n: + =1(n∈N*),射线 y=x(x≥0)与椭圆∁n 交于点 Pn,
设 an=|PnPn+1|,则数列{an}是( )
A.递增数列 B.递减数列
C.先递减后递增数列 D.先递增后递减数列
【分析】取射线 y=x 的参数方程 ,利用参数 t 的几何意义表示出 an,
然后作差法判断其单调性.
解:设 y=x 的参数方程 ,代入 + =1(n∈N*)整理得
,∴ ,
∴an=tn+1﹣tn=
要判断上式增大还是减小,只需研究 的值增大或减小即可.
将上式通分得 =
= ,显然随着 n 的增大,an 的逐渐减小.
故该数列是递减数列.
故选:B.
10.设 a∈R,若 x∈[1,e]时恒有(e﹣1)x•ln(x+ )≤x2﹣x+a(其中 e=2.71828……为
自然对数的底数),则恒有零点的是( )
A.y=x2+ax+1 B.y=ax2+3x+1 C.y=ex+a﹣1 D.y=ex﹣a+1
【分析】原式变形可得 ,构造 ,可得(e﹣1)lnt
≤t﹣1,再构造 ,利用导数可知,满足 g(t)≤0 的 t∈(0,1]∪
[e,+∞),结合 x∈[1,e],可知 ,由此再逐项判断即可得出结论.
解:(e﹣1)x•ln(x+ )≤x2﹣x+a 等价于 ,
令 ,则(e﹣1)lnt≤t﹣1,
令 ,则 ,令 g′(t)=0,解得 t=e,
∴函数 g(t)在(0,e﹣1)单调递增,在(e﹣1,+∞)单调递减,注意到 g(1)=g(
e)=0,
作函数 g(t)的图象如下,
由图可知,g(t)≤0 的解集为 t∈(0,1]∪[e,+∞),
当 t∈(0,1]时, ,则 ,此时无解;
当 t∈[e,+∞)时, ,则 ,
对 A,取 时,y>0 恒成立,不合题意;
对 B、C,取 a→+∞时,y>0 恒成立,不合题意;
对 D,事实上, ,必有 a﹣1>0,因此 y=ex﹣a+1 必有零点.
故选:D.
二、填空题(共 7 小题,多空题每题 6 分,单空题每题 4 分,共 36 分)
11.函数 f(x)=﹣3sin(πx+2)的最小正周期为 2 ,值域为 [﹣3,3] .
【分析】利用周期计算公式和 y=sinx 的值域直接计算即可.
解:由题意最小正周期 .
因为 sin(πx+2)∈[﹣1,1],所以﹣3sin(πx+2)∈[﹣3,3],
故值域为[﹣3,3].
故答案为:2,[﹣3,3].
12.已知 i 为虚数单位,复数 z 满足 =1﹣2i,则 z= 3﹣2i ,|z|= .
【分析】利用复数的加减法、乘法公式、复数模的计算公式直接计算即可.
解:∵ =1﹣2i,
∴z+i=(1﹣2i)(1+i)=3﹣i.
∴z=3﹣2i.
.
故答案为:3﹣2i,
13.已知 (1+x)6﹣(2+x)6=a0+a1x+a2x2+……+a5x5+a6x6,则 a6= 0 ,|a0|+|a1|+|a2|+…
…+|a5|+|a6|= 665 .
【分析】根据其特点可知 a6 为 x6 的系数,把第二问所求去掉绝对值符号发现各项为负,
令 x=1 即可求解.
解:因为(1+x)6﹣(2+x)6=a0+a1x+a2x2+……+a5x5+a6x6,
令 x=1 可得:a0+a1+a2+……+a5+a6=26﹣36=﹣665.
所以:a6= ﹣ =0;
∵a0= ﹣26 =﹣63;
a1= ﹣25 =﹣186;
a2x2+= ﹣24 =﹣225;
……
a5= ﹣2 =﹣6;
a6= ﹣20• =0;
故|a0|+|a1|+|a2|+……+|a5|+|a6|=﹣a0﹣a1﹣a2﹣……﹣a5﹣a6=665.
故答案为:0,665.
14.已知函数 f(x)= ,若 f(﹣1)=f (1),则实数 a= 1﹣
;若 y=f(x)存在最小值,则实数 a 的取值范围为 [﹣1,0) .
【分析】(1)根据题意列出关于 a 的方程即可;
(2)在每一段上求出其函数值域,然后小中取小,能取到即可.
解:(1)∵f(﹣1)=f (1),
∴2﹣1=log2(1﹣a),
∴ ,
∴ .
(2)易知 x<0 时,f(x)=2x∈(0,1);
又 x≥0 时,f(x)=log2(x﹣a)递增,故 f(x)≥f(0)=log2(﹣a),
要使函数 f(x)存在最小值,只需 ,
解得:﹣1≤a<0.
故答案为:1﹣ ,[﹣1,0).
15.某地区有 3 个不同值班地点,每个值班地点需配一名医务人员和两名警察,现将 3 名
医务人员(1 男 2 女)和 6 名警察(4 男 2 女)分配到这 3 个地点去值班,要求每个值班
地点至少有一名女性,则共有 324 种不同分配方案.(用具体数字作答)
【分析】根据题意,分 2 步进行分析:①,将 9 人分成 3 组,每组一名医务人员和两名
警察,要求每一组至少有 1 名女性,②,将分好的三组全排列,对应三个值班地点,由
分步计数原理计算可得答案.
解:根据题意,分 2 步进行分析:
①,将 9 人分成 3 组,每组一名医务人员和两名警察,要求每一组至少有 1 名女性,
将 9 人分成 3 组,有 A33× 种情况,其中存在某组没有女性即全部为男性的情
况有 C42C42 种,
则有 A33× ﹣C42C42=90﹣36=54 种分组方法,
②,将分好的三组全排列,对应三个值班地点,有 A33=6 种情况,
则有 54×6=324 种不同的分配方案;
故答案为:324.
16.已知平面向量 , , , ,满足| |=| |=| |=1, • =0,| ﹣ |=| • |,则 •
的取值范围为 .
【分析】根据已知条件,假设各向量的坐标表示,通过转换成三角函数的范围来求解.
【解答】解;由题,设 .
∵| ﹣ |=| • |,∴(x﹣cosθ)2+(y﹣sinθ)2=sin2θ.①.
.
根据①中圆的几何意义, • 的取值范围即: ,
∴ • 的取值范围为[ ].
故答案为: .
17.已知 a,b∈R,设函数 f(x)=2|sinx+a|+|cos2x+sinx+b|的最大值为 G(a,b),则 G(
a,b)的最小值为 .
【分析】换元 t=sinx∈[﹣1,1],可知 G(a,b)=max{|﹣2t2+3t+2a+b+1|,|2t2+t+2a﹣b
﹣1|},分 G(a,b)=|﹣2t2+3t+2a+b+1|及 G(a,b)=|2t2+t+2a﹣b﹣1|讨论,利用绝对
值的几何意义两点控制可求得对应的最小值,进而求得 G(a,b)的最小值.
解:设 t=sinx∈[﹣1,1],则 f(x)=2|sinx+a|+|1﹣2sin2x+sinx+b|=|2t+2a|+|﹣2t2+t+b+1|
=max{|﹣2t2+3t+2a+b+1|,|2t2+t+2a﹣b﹣1|},
∴G(a,b)=max{|﹣2t2+3t+2a+b+1|,|2t2+t+2a﹣b﹣1|},
当 G(a,b)=|﹣2t2+3t+2a+b+1|时,令 g(t)=﹣2t2+3t+2a+b+1,t∈[﹣1,1],则此时
,
故 =
,由 a,b∈R 可知,等号能成立;
当 G(a,b)=|2t2+t+2a﹣b﹣1|时,令 h(t)=2t2+t+2a﹣b﹣1,t∈[﹣1,1],则此时
,
故 =
,由 a,b∈R 可知,等号能成立;
综上,G(a,b)的最小值为 .
故答案为: .
三、解答题(共 5 小题,共 74 分.解答应写出文字说明、证明过程或演算过程)
18.在△ABC 中,已知内角 A,B,C 的对边分别是 a,b,c,且 b=1, = .
(Ⅰ)求角 A;
(Ⅱ)若 a=2,求△ABC 的面积.
【分析】(Ⅰ)由已知结合正弦定理求得 A 的正切值,即可求得结论;
(Ⅱ)由余弦定理求得边 c,进而求得其面积.
解:(Ⅰ)∵ = ⇒asinB= cosA,
∵ = ⇒asinB=bsinA;
∵b=1;
所以: cosA=sinA⇒tanA= ⇒A= .(三角形内角)
(Ⅱ)因为 a2=b2+c﹣22bccosA⇒c2﹣c﹣3=0⇒c= ;(负值舍);
∴S△ABC= bcsinA= .
19.如图,四棱锥 A﹣BCDE 中,底面 BCDE 是正方形,∠ABC=90°,AC=2,BC=1,
AE= .
(Ⅰ)求证:BC⊥AE;
(Ⅱ)求直线 AD 与平面 BCDE 所成角的正弦值.
【分析】(I)由 BC⊥AB,BC⊥BE,利用线面垂直的判定定理与性质定理即可证明结
论.
(II)过点 B 作平面 ABC 的垂线 Bz,则 BA,BC,Bz 两两相互垂直.建立空间直角坐
标系.可得:A( ,0,0),C(0,1,0),设 E(x,y,z).可得 • =0,
|BE|=1,|EA|= .z>0,解得 E.由 = =(﹣ ,0, ).得 D 坐标.设平
面 BCDE 的法向量为: =(a,b,c),则 • = • =0,可得: ,利用向量夹角
公式即可得出.
【解答】(I)证明:∵BC⊥AB,BC⊥BE,AB∩BE=B,∴BC⊥平面 ABE,又 AE⊂
平面 ABE,∴BC⊥AE.
(II)解:过点 B 作平面 ABC 的垂线 Bz,则 BA,BC,Bz 两两相互垂直.建立空间直
角坐标系.
可得:A( ,0,0),C(0,1,0),设 E(x,y,z).则 • =0,|BE|=1,|EA|
= .可得:y=0,x2+z2=1, +z2=7.
z>0,解得 E(﹣ ,0, ).由 = =(﹣ ,0, ).得 D(﹣ ,1,
).∴ =(﹣ ,1, ).
设平面 BCDE 的法向量为: =(a,b,c),则 • = • =0,可得:﹣ x+ z=
0=y,
可得: =(1,0, ).
∴cos< , >= =﹣ .
∴直线 AD 与平面 BCDE 所成角的正弦值为 .
20.已知数列{an}是等比数列,a1=2,且 a2,a3+2,a4 成等差数列.数列{bn}满足:b1+
+ +……+ = (n∈N*).
(Ⅰ)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(Ⅱ)求证: + + +……+ < .
【分析】(Ⅰ)由递推公式可以求出通项公式 an=2n,bn=n .
(Ⅱ)采用缩放的方法证明当 n=1 和 n≥2 时成立,采用缩放的方法证明.
解:(Ⅰ)设等比数列{an}的公比为 q,则 a2=2q,a3=2q2,a4=2q3,
由 a2,a3+2,a4 成等差数列,得 2(a3+2)=a2+a4,
即 2(2q2+2)=2q+2q3,即(q﹣1)(q2+1)=0,解得 q=2,所以 an=2n.
当 n=1 时,b1=1,当 n≥2 时,b1+ + +…+ = ,
b1+ + +…+ = ,作差得 =n,
所以,bn=n (n≥2),当 n=1 时,b1=1× =1 也成立,所以 bn=n ,
综上,an=2n,bn=n .
(Ⅱ)因为当 n≥2 时, = < = ,所以,
+ + +…+ < + +…+ ,
设 Tn= + +…+ ,则 Tn= + +…+ ,两式相减得,
Tn= +( +…+ )﹣ = + ﹣ = + (1﹣ )
﹣ = ﹣ ,
所以 Tn= ﹣ ,所以 Tn< .
所以 + + +……+ < .
21.如图,已知点 O(0,0),E(2,0),抛物线 C:y2=2px(p>0)的焦点 F 为线段 OE
中点.
(Ⅰ)求抛物线 C 的方程;
(Ⅱ)过点 E 的直线交抛物线 C 于 A,B 两点, =4 ,过点 A 作抛物线 C 的切线 l,
N 为切线 l 上的点,且 MN⊥y 轴,求△ABN 面积的最小值.
【分析】(Ⅰ)由已知得焦点 F(1,0),所以 p=2,从而求出抛物线 C 的方程;
(Ⅱ)设 A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),设直线 l 方程为:y﹣y1=k(x﹣x1)
,与抛物线方程联立,利用△=0 求得 ,所以直线 l 的方程为:2x﹣y1y+2x1=0,
由 = 4 , 求 得 点 M 的 坐 标 , 进 而 求 出 点 N 的 坐 标 , 所 以 S △ ABN =
设直线 AB 的方程为:x=my+2,与抛物线方程联立,设直线 l
方程为:y﹣y1=k(x﹣x1),利用韦达定理代入 S△ABN,利用基本不等式即可求出△ABN
面积的最小值.
解:(Ⅰ)由已知得焦点 F 的坐标为(1,0),
∴p=2,
∴抛物线 C 的方程为:y2=4x;
(Ⅱ)设直线 AB 的方程为:x=my+2,设 A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
联立方程 ,消去 x 得:y2﹣4my﹣8=0,
∴△=16m2+32>0,y1+y2=4m,y1y2=﹣8,
设直线 l 方程为:y﹣y1=k(x﹣x1),
联立方程 ,消去 x 得: ,
由相切得: ,∴ ,
又 ,∴ ,
∴ ,
∴ ,
∴直线 l 的方程为:2x﹣y1y+2x1=0,
由 =4 ,得 , ,
将 代入直线 l 方程,解得 = ,
所以 S△ABN=
=
=
=
= ,
又 ,
所以 ,当且仅当 时,取到等号,
所以△ABN 面积的最小值为 4 .
22.已知函数 f(x)=(x+1)ex﹣ax2(x>0).
(Ⅰ)若函数 f(x)在 (0,+∞)上单调递增,求实数 a 的取值范围;
(Ⅱ)若函数 f(x)有两个不同的零点 x1,x2,
(ⅰ)求实数 a 的取值范围;
(ⅱ)求证: + ﹣ >1.(其中 t0 为 f(x)的极小值点)
【分析】(Ⅰ)先求其导函数,转化为 f′(x)≥0,即求 g(x)= •ex﹣2a 的最小
值即可;
(Ⅱ)(ⅰ)结合第一问的结论得 f(x)不单调,故 a> ;设 f′(x)=
0 有两个根,设为 t1,t0,且 0<t1 t0,可得原函数的单调性,把问题转化为 f(
t0)<0,即可求解结论.
(ⅱ)转化为先证明不等式,若 x1,x2∈(0,+∞),x1≠x2,则 <
< .再把原结论成立转化为证 x1+x2<2t0;构造函数 r(x)=f(t0+x)﹣f(t0﹣
x)一步步推其成立即可.
解:(Ⅰ)由 f(x)=(x+1)ex﹣ax2,得 f′(x)=x( ex﹣2a),
设 g(x)= •ex,(x>0);则 g′(x)= ;
由 g′(x)≥0,解得 x ﹣1,
所以 g(x)在(0, ﹣1)上单调递减,在( 1,+∞)上单调递增,
所以函数 f(x)在(0,+∞)上单调递增,
f′(x)≥0,所以 2a≤g( )=(2+ )•e ;
所以,实数 a 的取值范围是:(﹣∞, ].
(Ⅱ)(i)因为函数 f(x)有两个不同的零点,f(x)不单调,所以 a>
.
因此 f′(x)=0 有两个根,设为 t1,t0,且 0<t1 t0,
所以 f(x)在(0,t1)上单调递增,在(t1,t0)上单调递减,在(t0,+∞)上单调递增
;
又 f(t1)>f(0)=1,f(x)=(x+1)ex﹣ax2=a(ex﹣x2)+(x+1﹣a)•ex,当 x 充
分大时,f(x)取值为正,因此要使得 f(x)有两个不同的零点,则必须有 f(t0)<0,
即(t0+1)e ﹣a•t02<0;
又因为 f′(t0)=(t0+2)e ﹣2at0=0;
所以:(t0+2)e ﹣ •(t0+2)e <0,解得 t0 ,所以 a> g( )= •
e ;
因此当函数 f(x)有两个不同的零点时,实数 a 的取值范围是( •e ,+∞).
(ⅱ)先证明不等式,若 x1,x2∈(0,+∞),x1≠x2,则 < <
.
证明:不妨设 x2>x1>0,即证 <ln < ,
设 t= >1.g(t)=lnt﹣ ,h(t)=lnt﹣ ,
只需证 g(t)<0 且 h(t)>0;
因为 g′(t)=﹣ <0,h′(t)= >0,
所以 g(t)在(1,+∞)上单调递减,h(t)在(1,+∞)上单调递增,
所以 g(t)<g(1)=0,h(t)>h(1)=0,从而不等式得证.
再证原命题 + ﹣ >1.
由 得 ;
所以 = ,两边取对数得:2(lnx2﹣lnx1)﹣[ln(x2+1)﹣ln(
x1+1)]=x2﹣x1;
即 ﹣ =1.
因为 ﹣ < ﹣ ,
所以 1+ < < + ,
因此,要证 + ﹣ >1.
只需证 x1+x2<2t0;
因为 f(x)在(t0,+∞)上单调递增,0<x1<t0<x2,所以只需证 f(x2)<f(2t0﹣x2)
,
只需证 f(x1)<f(2t0﹣x1),即证 f(t0+x)<f(t0﹣x),其中 x∈(﹣t0,0);
设 r(x)=f(t0+x)﹣f(t0﹣x),﹣t0<x<0,只需证 r(x)<0;
计算得 r′(x)=(x+t0+2)e +(﹣x+t0+2)e ﹣4at0;
r″(x)=e [(x+t0+3)e2x+(x﹣t0﹣3)].
由 y=(x+t0+3)e2x+(x﹣t0﹣3)在(﹣t0,0)上单调递增,
得 y<(t0+3)e0+(0﹣t0﹣3)=0,
所以 r″(x)<0;即 r′(x)在(﹣t0,0)上单调递减,
所以:r′(x)>r′(0)=2f′(t0)=0;
即 r(x)在(﹣t0,0)上单调递增,所以 r(x)<r(0)=0 成立,即原命题得证.