14.已知正数 $a, b, c$ 满足: $5 c-3 a \leqslant b \leqslant 4 c-a, c \ln b \geqslant a+c \ln c$ ,则 $\frac{b}{a}$ 的取值范围是
已知正数 a, b, c 满足: 5 c-3 a b 4…——2012 高考数学第 14 题答案解析
2012_江苏卷 (2012)
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【解答】
(5分)(2012•江苏)已知正数 $\mathrm{a}, \mathrm{b}, \mathrm{c}$ 满足: $5 \mathrm{c}-3 \mathrm{a} \leq \mathrm{b} \leq 4 \mathrm{c}-\mathrm{a}, \mathrm{cln} \mathrm{b} \geq \mathrm{a}+\mathrm{cln} \mathrm{c}$ ,则 $\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}$ 的取值范围是 $\_\_\_\_$ [e,7]。
考点 导数在最大值、最小值问题中的应用;不等式的综合.
:
专题 导数的综合应用;不等式的解法及应用.
分析 由题意可求得 $\frac{1}{4} \leq \frac{c}{a} \leq 2$ ,而 $5 \times \frac{c}{a}-3 \leq \frac{b}{a} \leq 4 \times \frac{c}{a}-1$ ,于是可得 $\frac{b}{a} \leq 7$ ;由 $c \ln b \geq a+c \ln$
$c$ 可得 $0<a \leq c \ln \frac{b}{c}$ ,从而 $\frac{b}{a} \geq \frac{\frac{b}{c}}{\ln \frac{b}{c}}$ ,设函数 $f(x)=\frac{x}{\ln x}(x>1)$ ,利用其导数可求得 $f($
x)的极小值,也就是 $\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}$ 的最小值,于是问题解决。
解答 解:$\because 4 c-a \geq b>0$
$$ \begin{aligned} & \quad \therefore \frac{c}{a}>\frac{1}{4} \\ & \quad \because 5 c-3 a \leq 4 c-a \\ & \quad \therefore \frac{c}{a} \leq 2 \end{aligned} $$
从而
$\frac{b}{a} \leq 2 \times 4-1=7$ ,特别当 $\frac{b}{a}=7$ 时,第二个不等式成立.等号成立当且仅当 $a: b: c=1: 7$
: 2 .
又clnb $\geq a+c \operatorname{lnc}$,
$\therefore 0<\mathrm{a} \leq \mathrm{cln} \frac{\mathrm{b}}{\mathrm{c}}$ ,
从而 $\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}} \geq \frac{\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{c}}}{\ln \frac{\mathrm{b}}{\mathrm{c}}}$ ,设函数 $\mathrm{f}(\mathrm{x})=\frac{\mathrm{x}}{\ln \mathrm{x}}(\mathrm{x}>1)$ ,
$\because f^{\prime}(x)=\frac{\ln x-1}{(\ln x)^{2}}$ ,当 $0<x<e$ 时,$f^{\prime}(x)<0$ ,当 $x>e$ 时,$f^{\prime}(x)>0$ ,当 $x=e$ 时
, $\mathrm{f}^{\prime}(\mathrm{x})=0$ ,
∴ 当 $\mathrm{x}=\mathrm{e}$ 时, $\mathrm{f}(\mathrm{x})$ 取到极小值,也是最小值.
$\therefore f(x)_{\min }=f(e)=\frac{e}{\ln e}=e$ .
等号当且仅当 $\frac{b}{c}=e, \frac{b}{a}=e$ 成立。代入第一个不等式知: $2 \leq \frac{b}{a}=e \leq 3$ ,不等式成立,从而 $e$可以取得.等号成立当且仅当 $a: b: c=1: e: 1$ .
从而 $\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}$ 的取值范围是 $[\mathrm{e}, 7]$ 双闭区间.
点评
本题考查不等式的综合应用,得到 $\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}} \geq \frac{\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{c}}}{\ln \frac{\mathrm{b}}{\mathrm{c}}}$ ,通过构造函数求 $\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}$ 的最小值是关键,也
是难点,考查分析与转化、构造函数解决问题的能力,属于难题.