(12分)已知函数 f(x)= a ln x x+1 +…——2011 高考数学第 21 题答案解析

2011_老新课标卷 (2011·文)

2011 全国 第 21 题 解答题 区分题
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21.(12分)已知函数 $f(x)=\frac{a \ln x}{x+1}+\frac{b}{x}$ ,曲线 $y=f(x)$ 在点 $(1, f(1))$ 处的切线方程为 $x+2 y-3=0$ .
(I)求 $\mathrm{a} , \mathrm{~b}$ 的值;
(II)证明:当 $x>0$ ,且 $x \neq 1$ 时,$f(x)>\frac{\ln x}{x-1}$ .

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【考点】6E:利用导数研究函数的最值; 6 H :利用导数研究曲线上某点切线方程.

【专题】15:综合题;16:压轴题;32:分类讨论;35:转化思想.
【分析】(I)据切点在切线上,求出切点坐标;求出导函数;利用导函数在切点处的值为切线的斜率及切点在曲线上,列出方程组,求出 $\mathrm{a}, \mathrm{b}$ 的值.
(II)构造新函数,求出导函数,通过研究导函数的符号判断出函数的单调性,求出函数的最值,证得不等式.

【解答】解:(1)$f^{\prime}(x)=\frac{a\left(\frac{x+1}{x}-\ln x\right)}{(x+1)^{2}}-\frac{b}{x^{2}}$ .
由于直线 $x+2 y-3=0$ 的斜率为 $-\frac{1}{2}$ ,且过点 $(1,1)$
所以 $\left\{\begin{array}{l}b=1 \\ \frac{a}{2}-b=-\frac{1}{2}\end{array}\right.$

解得 $a=1, b=1$
(II)由(I)知f $(x)=\frac{\ln x}{x+1}+\frac{1}{x}$
所以 $f(x)-\frac{\ln x}{x-1}=\frac{1}{1-x^{2}}\left(2 \ln x-\frac{x^{2}-1}{x}\right)$
考虑函数 $\mathrm{h}(\mathrm{x})=2 \ln \mathrm{x}-\frac{\mathrm{x}^{2}-1}{\mathrm{x}}(\mathrm{x}>0)$ ,
则 $h^{\prime}(x)=\frac{2}{x}-\frac{2 x^{2}-\left(x^{2}-1\right)}{x^{2}}=-\frac{(x-1)^{2}}{x^{2}}$
所以当 $x \neq 1$ 时,$h^{\prime}(x)<0$ 而 $h(1)=0$ ,
当 $x \in(0,1)$ 时,$h(x)>0$ 可得 $\frac{1}{1-x^{2}} h(x)>0$ ;
当 $x \in(1,+\infty)$ 时,$h(x)<0$ ,可得 $\frac{1}{1-x^{2}} h(x)>0$
从而当 $x>0$ 且 $x \neq 1$ 时,
$f(x)-\frac{\ln x}{x-1}>0$ 即 $f(x)>\frac{\ln x}{x-1}$
【点评】本题考查导函数的几何意义:在切点处的导数值为切线的斜率、考查通过判断导函数的符号求出函数的单调性;通过求函数的最值证明不等式恒成立。

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