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解答题已知f(x)=x2 g(x)=lnx 直线l:y=kx+b(常数k b∈R)使得

时间:2019-04-04 07:43:35

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解答题已知f(x)=x2 g(x)=lnx 直线l:y=kx+b(常数k b∈R)使得

问题补充:

解答题已知f(x)=x2,g(x)=lnx,直线l:y=kx+b(常数k、b∈R)使得函数y=f(x)的图象在直线l的上方,同时函数y=g(x)的图象在直线l的下方,即对定义域内任意x,lnx<kx+b<x2恒成立.

试证明:

(1)k>0,且-lnk-1<b<-;

(2)“<k<e”是“lnx<kx+b<x2”成立的充分不必要条件.

答案:

解:(1)根据题意,得

对任意x,lnx<kx+b,所以k>…(1分),

因为k、b是常数,所以当x充分大时,lnx>b,

从而k>>0…(2分).

因为kx+b<x2即x2-kx-b>0恒成立,

所以△=(-k)2+4b<0,得b<-…(4分).

因为lnx<kx+b即kx+b-lnx>0恒成立,

设h(x)=kx+b-lnx,则h(x)=k-…(5分),

由h(x)=0得x=>0,

∴0<x<时,h(x)<0,h(x)单调递减;x>时时,h(x)<0,h(x)单调递增…(7分),

所以h(x)的极小值从而也是最小值为h=1+b-ln=1+b+lnk…(8分),

因为kx+b-lnx>0恒成立,所以h=1+b+lnk>0,即b>-lnk-1,从而-lnk-1<b<-成立;…(9分).

(2)由(1)知-lnk-1<-,从而<lnk+1,其中k是正数…(10分),

如图,根据幂函数与对数函数单调性,

可得k应介于曲线f(x)=x2与g(x)=lnx的两个交点的横坐标之间,

设这两个交点横坐标分别为x1、x2,且x1<x2.…(11分),

因为k=时,<=lnk+1,k=e时,=<2=lnk+1…(13分),

所以(,e)是(x1,x2)的真子集,

由此可得:“<k<e”是“lnx<kx+b<x2”成立的充分不必要条件.…(14分).解析分析:(1)由lnx<kx+b恒成立,结合对数函数的性质,得k>0.由kx+b<x2恒成立,结合根的判别式可得b<-.再根据lnx<kx+b恒成立,讨论讨论函数h(x)=kx+b-lnx的单调性与最小值,得到h=1+b+lnk>0,从而得原不等式成立.(2)根据幂函数与对数函数单调性,可得k应介于曲线f(x)=x2与g(x)=lnx的两个交点的横坐标之间.通过计算比较f与g、f(e)与g(e)的大小,可得区间(,e)恰好位于两交点横坐标之间,从而证出本题的充分不必要条件.点评:本题给出介于两个函数图象之间的一条线段对应的函数,求证参数的取值范围并证明充分条件,着重考查了基本初等函数、利用导数研究函数的单调性与最值和充分必要条件的证明等知识,属于中档题.

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