已知已知函数f(x)=x的平方方+1>=0,求x的值?

我来补链接了,后面不定期更新:题目引自 @Navigator 的回答,先说一声谢谢~我尽量提供一些不常见的解法,同时保证把思路体现出来。理科一卷:已知函数 f(x)=e^x+ax^2-x (1)当 a=1 时,讨论 f(x) 的单调性. (2)当 x\geqslant 0 时, f(x)\geqslant \frac{1}{2}x^3+1 ,求 a 的取值范围.参变分离是简单的,这里提供另一个高中生能理解的思路:step 0:令 g(x) = f(x)-\dfrac{1}{2}x^3-1=e^x-\dfrac{1}{2}x^3+ax^2-x-1 问题转化为求使 g(x) 在 [0,+\infty) 上恒非负的所有 a 值。step 1:注意到:g(0) = 0,\quad
\forall a \in \mathbb{R} 于是实际上我们只用考虑 g(x) 在 (0,+\infty) 上的性质。step 2:注意到:\forall x \in (0,+\infty),\quad g(x) 视为a 的函数,则其关于 a 严格单调递增。于是我们有以下重要推论:推论:若 \exists a_0 \in \mathbb{R} ,使得 g(x) 在 (0,+\infty) 上的最小值恰好为 0 ,则所求的范围为 [a_0,+\infty) 。证明:利用严格单调性去验证 [a_0,+\infty) 中的数都满足条件, (-\infty,a_0) 中的数都不满足即可。注1:这里的单调性一定要是严格的(也就是高中阶段提到的单调性,不能“平着走”),这是step 1 的作用之一,保证严格单调(在 x = 0 处不满足)。注2:只用高中阶段的知识,无法在找到具体的 a_0 之前就断定这样的 a_0 是存在的,但是这并不妨碍我们去寻找它。step 3:假设 a_0 \in \mathbb{R} ,使得 g(x) 在 (0,+\infty) 上的最小值恰好为 0 。假设一个最小值点为 x_0 ,则 g(x_0) = 0 。由于 g(x) 在 (0,+\infty) 上可导,于是 g'(x_0) = 0 。于是这样的 a_0,x_0 存在的一个必要条件是:\begin{cases} e^{x_0}-\dfrac{1}{2}x_0^3+a_0x_0^2-x_0-1= 0 \\ e^{x_0}-\dfrac{3}{2}x_0^2+2a_0x_0-1 = 0 \end{cases} 消去 a_0 并因式分解:(1-\dfrac{x_0}{2})(e^{x_0}-\dfrac{1}{2}x_0^2-x_0-1) = 0 右边的因式在 (0,+\infty) 上恒大于 0 ,于是满足条件的 x_0 只能取 2 。进而解得对应的 a_0 = \dfrac{7-e^2}{4} 。注1:这里只是必要条件,还要验证。注2:因式分解前可以先猜根,高考题比较单纯,一般比较好猜。注3:由于 (0,+\infty) 是开区间且 g(x) 在上面可导,才能推出最小值点/极小值点处导数等于零。闭区间上端点处不成立,这是step 1 的第二个作用,保证定义域是开集。step 4:代入 a_0 = \dfrac{7-e^2}{4} 验证,满足条件。于是所求的范围为: [\dfrac{7-e^2}{4},+\infty) 我高中的时候挺喜欢考察单调性(或某种性质),再去找临界条件的。适用性没有参变分离广,但有些题的临界条件非常显然(或者说,对于某些同学来说非常显然),或者参变分离实在难算的,这个思路就要漂亮一些。不过这个做法的细节比较多,有几个注都是容易考虑漏的地方。虽然高考题比较单纯,不会在这种地方故意坑你,但是要养成好习惯。最后,老师们习惯参变分离了,要做好被扣两三分的准备。理科二卷——最有意思的压轴:已知函数 f(x)=\sin^2x\sin 2x .(1)讨论 f(x) 在区间 (0,\pi) 的单调性.(2)证明:
f(x)|\leqslant \frac{3\sqrt 3}{8} .(3)设 n\in N^* ,证明: \sin^2 x\sin^2 2x\sin^24x\cdots\sin^2 2^n x\leqslant \frac{3^n}{4^n} .前两问都是简单的,第三问本身比较难,有了第二问也变成简单的了。第一问略。第二问做法太多了,下面给出三种:法1:最自然的,利用第一问的单调性,并且注意到 f(x) 以 \pi 为周期,找出所有极值点与区间端点函数值,进行比较即可。(一定要加上端点,虽然此题不影响结果)法2:直接利用常见不等式,这是数学比较好的同学喜欢的:|f(x)
=
2\sin^3x\cos x
\\ =|6\sqrt{3}\cdot (\dfrac{\sin x}{\sqrt{3}})^3 \cdot \cos x
\\ \leqslant 6\sqrt{3}[\sqrt{\dfrac{\sin^2 x+\cos^2 x}{4}}]^4
\\ = \dfrac{3\sqrt{3}}{8} 关键那一步是几何平均≤平方平均。三角函数的最值很多都能用不等式做的,用顺手了会比求导快很多。具体用哪个不等式需要多练习。法3:可以数形结合,尽管并不简单。|f(x)
= \dfrac{1}{2}|(1-\cos2x)\sin 2x
= \dfrac{1}{2}|(1-\cos \theta)\sin \theta
写成 \theta 只是为了看起来顺眼。图1圆是单位圆, AC \bot OB 。 \angle AOB = \theta 时,
f(x)
的值即为 \Delta ABC 面积的 \dfrac{1}{2} 。具体细节大家自己对应一下即可。圆内接三角形面积最大的是等边三角形,单位圆的内接等边三角形面积为 \dfrac{3\sqrt{3}}{4} ,于是有:
f(x)
\leqslant \dfrac{3\sqrt3}{8} 。第三问:利用第二问立即有:|\sin^2 x \cdot
\sin^3 2x \cdot \sin^3 4x \cdots \sin^3 2^{n-1}x \cdot \sin 2^{n}x
\\ \leqslant (\dfrac{3\sqrt{3}}{8})^n = (\dfrac{\sqrt{3}}{2})^{3n} 又
\sin x \cdot \sin^2 2^{n}x
\leqslant 1 。两式相乘,开根即可。第三问本身是挺难的,有了第二问就很简单了。那如果没有前两问呢?我能力有限,没有找到特别好的解法,就说一下我的思路(高中生能理解的范围)。step 0:平方的形式是奇怪的,因为直观上没有必要,我首先选择了消去它:|\sin x \cdot \sin 2x \cdots \sin 2^{n}x
\leqslant (\dfrac{\sqrt{3}}{2})^n 这步是没有必要的,但是我个人比较喜欢这样,看起来舒服。(很危险,可能遗漏提示信息)step 1:乍一看有点吓人,这仿佛是在探究对于一列数 \{ x,2x,4x,\cdots,2^nx \} ,它们离 k\pi +\frac{1}{2}\pi 的“距离”大概有多远,而题目是要给出这个“距离”的一个下界。(分析课上老师讲过一道外观相似的题目,处理起来很麻烦,我现在看到这种要我“估计对无理数的逼近程度”的题都会感到害怕。)不过仔细一看,这道题似乎友善不少,毕竟 \sin x \cdot \sin 2x 和 \sin 2^{n-1} x \cdot \sin2^{n}x 形式上是相同的。所以我首先考虑对 \sin x \cdot \sin 2x 进行估计。利用之前提到过的不等式方法:|\sin x \cdot \sin 2x
\\ =|2\sin^2x \cos x
\\ =
4(\dfrac{\sin x}{\sqrt{2}})^2 \cos x
\\ \leqslant
4[\sqrt{\dfrac{\sin^2x+\cos^2x}{3}}]^3
\\ =\dfrac{4\sqrt{3}}{9} 自然地,累乘,这里有两种方式累乘:第一种,中间项乘两次:|\sin x \cdot \sin^2 2x \cdots \sin^22^{n-1}x \cdot \sin 2^n x
\leqslant (\dfrac{4\sqrt{3}}{9})^n 然后补上
\sin x
\cdot \sin 2^n x
, 如果用 1 去估计的话,得到:|\sin x \cdot \sin 2x \cdots \sin 2^{n}x
\leqslant (\sqrt{\dfrac{4\sqrt{3}}{9}})^n 很不幸, \dfrac{4\sqrt{3}}{9} > \dfrac{3}{4} ,估计力度不够。这里可以考虑对
\sin x \cdot \sin 2^n x
进行更好的估计,但是
\sin 2^n x
的展开太麻烦,先放弃。第二种:中间项只出现一次,得到一个偶数项的乘积的估计,再去处理奇数项的情况:同样的不幸,由于估计力度不够,偶数项都处理不了。至此,我的step 1 以失败告终。但也得到了一些有用的信息:比如这样考虑少数几项的乘积的确能得到一些结果,只是力度不够,所以可以考虑进行一些改进,而不是完全改变思路。注:单纯对
\sin x \cdot \sin 2x
的估计精度没办法更好了,不等式是可以取等的。step 2:至少有三个改进的方向:方向1:考虑对
\sin^2 x\cdot \sin 2x
进行估计,如果还是不行但是得到了更好的结果,考虑对
\sin^k x\cdot \sin 2x
进行估计。幸运的是,这就是原题的第二问,然后就做出来了。方向2:考虑对
\sin x\cdot \sin^2 2x
进行估计,如果还是不行但是得到了更好的结果,考虑对
\sin x\cdot \sin^k 2x
进行估计。我算了一下,得到的估计是:
\sin x \cdot \sin^2 2x
\leqslant \dfrac{8}{5}(\sqrt{\dfrac{3}{5}})^{3} 进而通过累乘,同样地补上的项用 1 去估计:|\sin x \cdot \sin 2x \cdots \sin 2^{n}x
\leqslant (\dfrac{2}{\sqrt[3]{5}}.\sqrt{\dfrac{3}{5}})^n 很遗憾,估计力度不够,甚至变差了不少。我也就没有继续算了。(这不代表继续算下去不行)方向3:考虑对
\sin x \cdot \sin 2x \cdot \sin 4x
进行估计。我没有算,因为不断加项的结果就是回到原题,这样绕圈子一般是做不出来的。step 3 (plus):现在知道step 2 的方向1可以做出来了。但是还想看看继续算下去会不会得到更好的估计。对
\sin^k x\cdot \sin 2x
进行估计,还是之前用的不等式方法:|\sin^k x\cdot \sin 2x
\\ =
2(\sqrt{k+1})^{k+1}(\dfrac{\sin x}{\sqrt{k+1}})^{k+1}\cos x
\\ \leqslant 2(\sqrt{k+1})^{k+1}(\sqrt{\dfrac{\sin^2x+\cos^2x}{k+2}})^{k+2}
\\ = \dfrac{2}{\sqrt{k+2}}(\sqrt{\dfrac{k+1}{k+2}})^{k+1} 累乘,补上缺项(按 1 估计),开根,得到:|\sin x \cdot \sin 2x \cdots \sin 2^nx
\leqslant (\dfrac{2}{\sqrt{k+2}})^{\frac{1}{k+1}} \cdot \sqrt{\dfrac{k+1}{k+2}} 考虑函数: f(x) = (\dfrac{2}{\sqrt{x+2}})^{\frac{1}{x+1}}\cdot\sqrt{\dfrac{x+1}{x+2}} 显然有: \lim_{x \to +\infty}f(x) =1 ,所以不断增大 k 会导致估计效果趋于没有。由于求导看起来很难算的样子,我直接画了图,发现 k = 2 时得到的估计是最好的。图2,这函数在x>0时突然变得很平滑也就是说我们之前提到的“如果还是不行但是得到了更好的结果,考虑对
\sin^k x\cdot \sin 2x
进行估计”是行不通的。但这不妨碍它是个自然的思路。最后我还是算了一下导函数(请用对数求导法):f'(x) = \dfrac{\ln(\sqrt{x+2})-\ln2}{(x+1)^2}\cdot f(x) 没错,导函数算出来就是这么简单,而且 x = 2 就是极小值点,也是最小值点。现在看来给出前两问还是蛮有必要的。已经写了太多了,不太方便阅读,我后面可能把剩下的放到文章里面去,然后再补链接吧。}

我要回帖

更多关于 已知函数f(x)=x的平方 的文章

更多推荐

版权声明:文章内容来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权请点击这里与我们联系,我们将及时删除。

点击添加站长微信