(13分)已知函数 f ( x ) = I n 1 + x…——2015 高考数学第 18 题答案解析

2015_北京卷

2015 北京 第 18 题 解答题 区分题
2015_北京卷

18.(13分)已知函数 ${ \textsf { f } } \left( { \textsf { x } } \right) = \mathsf { I n } \frac { 1 + \mathbf { x } } { 1 - \mathbf { x } }$

(Ⅰ)求曲线y=f(x)在点(0,f(0))处的切线方程;

(Ⅱ)求证,当 $\mathbf { x } \in \ ( 0 , \ 1 )$ 时, ${ \textsf { f } } \left( \mathbf { x } \right) > _ { 2 } ( \mathbf { x } + { \frac { \mathbf { x } ^ { 3 } } { 3 } } )$ ;

(Ⅲ)设实数 k 使得 ${ \textsf { f } } \left( \mathbf { x } \right) > \mathbf { k } \left( \mathbf { x } + { \frac { \mathbf { x } ^ { 3 } } { 3 } } \right)$ 对 $\mathbf { x } \in \ ( 0 , \ 1 )$ 恒成立,求k的最大值

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

【专题】53:导数的综合应用

【分析】(1)利用函数的导数求在曲线上某点处的切线方程

(2)构造新函数利用函数的单调性证明命题成立

(3)对k进行讨论,利用新函数的单调性求参数k的取值范围

【解答】解答:(1)因为 ${ \textsf { f } } \left( { \textsf { x } } \right) = \ln \left( 1 + { \textsf { x } } \right) - \ln \left( 1 - { \textsf { x } } \right)$ 所以

$$ \bar { \bf f } ^ { \prime } ( { \bf x } ) { = } \frac { 1 } { 1 { + } { \bf x } } { + } \frac { 1 } { 1 { - } { \bf x } } , \bar { \bf f } ^ { \prime } ( 0 ) { = } 2 $$

又因为 ${ \textbf { \textsf { f } } } ( 0 ) { \mathsf { \textsf { = } } } 0$ ,所以曲线 ${ \mathsf { y } } { = } { \mathsf { f } } { \mathsf { \Omega } } \left( { \mathsf { x } } \right)$ 在点(0,f(0))处的切线方程为 $y = 2 x$

(2)证明:令 $\textbf { g } ( \textbf { x } ) = \textbf { f } ( \textbf { x } ) - 2 ( x + \frac { \textbf { x } ^ { 3 } } { 3 } )$ ,则

$$ { \bf g } ^ { \prime } \left( { \bf x } \right) = { \bf f } ^ { \prime } \left( { \bf x } \right) - 2 \left( 1 + { \bf x } ^ { 2 } \right) = \frac { 2 { \bf x } ^ { 2 } } { 1 - { \bf x } ^ { 2 } } , $$

因为 $\mathbf { g } ^ { \prime } \mathbf { \Sigma } ( \mathbf { x } ) > 0 \mathbf { \Sigma } ( 0 < \mathbf { x } < 1 )$ ,所以g(x)在区间(0,1)上单调递增

所以 ${ \textbf { g } } ( { \textbf { x } } ) > { \textbf { g } } ( 0 ) = 0 , \ \mathrm { x } \in \ ( 0 , \ 1 )$

即当 $\mathbf { x } \in \ ( 0 , \ 1 )$ 时, ${ \textsf { f } } ( \mathbf { x } ) > 2 ( \mathbf { x } + \frac { \mathbf { x } ^ { 3 } } { 3 } )$

> ③由(2)知,当k≤2时, ${ \textsf { f } } \left( \mathbf { x } \right) > _ { \mathrm { k } } ( \mathbf { x } + { \frac { \mathbf { x } ^ { 3 } } { 3 } } )$ 对x∈(0,1)恒成立

当k>2时,令h $( \mathbf { x } ) \mathbf { \Psi } = \mathbf { f } ( \mathbf { x } ) \mathbf { \Psi } - \mathbf { k } ( \mathbf { x } + \frac { \mathbf { x } ^ { 3 } } { 3 } )$ ,则

h'(x)=f'(x)﹣k(1+x<sup>2</sup>) kx4−(k-2)1-x 2

所以当 $0 { < x < \sqrt [ 4 ] { \frac { \mathrm { k - 2 } } { \mathrm { k } } } }$ 时, $\mathfrak { h } ^ { \prime } \mathbf { \Psi } ( \mathfrak { x } ) \mathbf { \Psi } < 0$ ,因此h(x)在区间(0, $\sqrt [ 4 ] { \frac { \mathrm { k } - 2 } { \mathrm { k } } } )$ 上单调递减

当 $\scriptstyle 0 < x < { \sqrt [ 4 ] { \frac { \mathrm { k } - 2 } { \mathrm { k } } } }$ 时, ${ \textsf { h } } \left( { \boldsymbol { \mathsf { x } } } \right) < { \mathsf { h } } \left( { \boldsymbol { \mathsf { 0 } } } \right) = { \boldsymbol { \mathsf { 0 } } }$ ,即 ${ \textbf { \textsf { f } } } ( \mathbf { \textsf { x } } ) < \mathrm { k } ( \mathbf { \mathbf { \bar { x } } } + { \frac { \mathbf { \bar { x } } ^ { 3 } } { 3 } } )$

所以当 k>2 时, ${ \textsf { f } } \left( \mathbf { x } \right) > _ { \mathrm { k } } ( \mathbf { x } + { \frac { \mathbf { x } ^ { 3 } } { 3 } } )$ 并非对 $\mathbf { x } \in \ ( 0 , \ 1 )$ 恒成立

综上所知,k的最大值为2

【点评】本题主要考查切线方程的求法及新函数的单调性的求解证明.在高考中属常考题型,难度适中

✅ 来源:2015年 · 北京 · 2015_北京卷 · 第 18 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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