23年高考全国新课标 II 卷 第22题(压轴题)

(1)证明:当 0<x<10<x<1 时,xx2<sinx<xx-x^2<\sin x<x

(2)已知函数 f(x)=cosaxln(1x2)f(x)=\cos ax-\ln(1-x^2),若 x=0x=0f(x)f(x) 的极大值点,求 aa 的取值范围。

第二问思路分析

x=0x=0 是极大值点,f(x)=0f'(x)=0 并且 x<0x<0时递增,x>0x>0时递减

计算导数:

f(x)=asin(ax)2x1x2=asin(ax)+2x1x2\begin{aligned} f'(x)&= -a\sin(ax) - \frac{-2x}{1-x^2} \\ &= \boldsymbol{-a\sin(ax)+\frac{2x}{1-x^2}} \end{aligned}

f(0)=0f'(0)=0,满足了导数为00

已求得:f(x)=asin(ax)+2x1x2f'(x)=-a\sin(ax)+\frac{2x}{1-x^2}

计算二阶导数:

f(x)=aacos(ax)+2(1x2)2x(2x)(1x2)2=a2cos(ax)+22x2+4x2(1x2)2=a2cos(ax)+2+2x2(1x2)2\begin{aligned} f''(x)&=-a\cdot a\cos(ax)+\frac{2(1-x^2)-2x(-2x)}{(1-x^2)^2}\\ &=-a^2\cos(ax)+\frac{2-2x^2+4x^2}{(1-x^2)^2}\\ &=\boldsymbol{-a^2\cos(ax)+\frac{2+2x^2}{(1-x^2)^2}} \end{aligned}

f(0)=2a2f''(0) = 2-a^2

已求得:

  • f(x)=asin(ax)+2x1x2f'(x)=-a\sin(ax)+\frac{2x}{1-x^2}
  • f(0)=2a2f''(0) = 2-a^2

2a2>0\colorbox{yellow}{\(2-a^2 \gt 0\)}时,

存在一个δ>0\delta \gt 0x(δ,+δ)x\in (-\delta, +\delta)时递增

过驻点时,导数由负转正,先递减后递增不满足题目要求\colorbox{yellow}{\(过驻点时,导数由负转正,先递减后递增不满足题目要求\)}

2a2<0\colorbox{yellow}{\(2-a^2 \lt 0\)}时,

存在一个δ>0\delta \gt 0x(δ,+δ)x\in (-\delta, +\delta)时递减

过驻点时,导数由正转负,先递增后递减满足题目要求\colorbox{yellow}{\(过驻点时,导数由正转负,先递增后递减满足题目要求\)}

2a2=0\colorbox{yellow}{\(2-a^2 = 0\)}时,单凭这一点的导数值无法确定。

已求得:

  • f(x)=asin(ax)+2x1x2f'(x)=-a\sin(ax)+\frac{2x}{1-x^2}
  • f(0)=2a2f''(0) = 2-a^2
  • 2a2<0时,满足题目要求,2a2>0时不满足题目要求2-a^2 \lt 0时,满足题目要求,2-a^2 \gt 0时不满足题目要求

a=±2,0<x<22a=\pm\sqrt{2}, 0\lt x \lt \frac{\sqrt{2}}{2} 时,

f(x)=2sin(2x)+2x1x2    f(x)>22x+2x1x2    f(x)>2x(11x21)    f(x)>0\begin{aligned} &\qquad \quad f'(x)=-\sqrt{2}\colorbox{yellow}{\(sin(\sqrt{2}x)\)}+\frac{2x}{1-x^2} \\ &\implies f'(x) \gt -\sqrt{2}\cdot \colorbox{yellow}{\(\sqrt{2}x\)} +\frac{2x}{1-x^2} \\ &\implies f'(x) \gt 2x(\frac{1}{1-x^2}-1) \\ &\implies f'(x) \gt 0 \end{aligned}

a=±2时,不满足题目要求\colorbox{yellow}{\(a=\pm\sqrt{2}时,不满足题目要求\)}

(1)证明:当 0<x<10<x<1 时,xx2<sinx<xx-x^2<\sin x<x

(2)已知函数 f(x)=cosaxln(1x2)f(x)=\cos ax-\ln(1-x^2),若 x=0x=0f(x)f(x) 的极大值点,求 aa 的取值范围。

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