91学 首页 > 数学 > 高考题 > 2024 > 2024年新高考1 > 正文 返回 打印

2024年高考数学新高考Ⅰ-18

  2024-08-27 15:41:48  

(17分)已知函数$f(x)=\ln \dfrac{x}{2-x}+ax+b(x-1)^{3}$.
(1)若$b=0$,且$f\prime (x)\geqslant 0$,求$a$的最小值;
(2)证明:曲线$y=f(x)$是中心对称图形;
(3)若$f(x) > -2$当且仅当$1 < x < 2$,求$b$的取值范围.
答案:(1)$-2$.
(2)$[-\dfrac{2}{3}$,$+\infty )$.
分析:(1)由$\left\{\begin{array}{l}{\dfrac{x}{2-x} > 0}\\ {2-x\ne 2}\end{array}\right.$,解得函数$f(x)$的定义域,当$b=0$时,$f(x)=\ln \dfrac{x}{2-x}+ax$,求导,结合基本不等式,即可得出答案.
(2)计算$f(2-x)+f(x)$,即可得出答案.
(3)根据题意可得$f(x)=\ln \dfrac{x}{2-x}-2x+b(x-1)^3 > -2$对$\forall 1 < x < 2$恒成立,求导分析单调性,最值,即可得出答案.
解:(1)由$\left\{\begin{array}{l}{\dfrac{x}{2-x} > 0}\\ {2-x\ne 2}\end{array}\right.$,解得$0 < x < 2$,
所以函数$f(x)$的定义域为$(0,2)$,
当$b=0$时,$f(x)=\ln \dfrac{x}{2-x}+ax$,
所以$f'(x)=\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{2-x}+a\geqslant 0$,对$\forall 0 < x < 2$恒成立,
又$\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{2-x}+a=\dfrac{2}{x(2-x)}+a\geqslant 2+a$,当且仅当$x=1$时取“$=$”,
所以只需$2+a\geqslant 0$,即$a\geqslant -2$,
所以$a$的最小值为$-2$.
(2)证明:$x\in (0,2)$,$f(2-x)+f(x)=\ln \dfrac{2-x}{x}+a(2-x)+b(1-x)^3+\ln \dfrac{x}{2-x}+ax+b(x-1)^3=2a$,
所以$f(x)$关于点$(1,a)$中心对称.
(3)因为$f(x) > -2$当且仅当$1 < x < 2$,
所以$f$(1)$=-2$,即$a=-2$,
所以$f(x)=\ln \dfrac{x}{2-x}-2x+b(x-1)^3 > -2$对$\forall 1 < x < 2$恒成立,
$f\prime (x)=\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{2-x}-2+3b(x-1)^{2}=\dfrac{2(x-1)^{2}}{x(2-x)}+3b(x-1)^{2}=(x-1)^{2}[\dfrac{2}{x(2-x)}+2b]$,
令$g(x)=\dfrac{2}{x(2-x)}+3b$,
所以必有$g$(1)$=2+3b\geqslant 0$,得到$b\geqslant -\dfrac{2}{3}$(必要性),
否则$b < -\dfrac{2}{3}$,存在$x\in (1,\delta )$使$f\prime (x) < 0$,$f(x)$在$(1,2)$上单调递减,
所以$f(x) < f$(1)$=-2$,
当$b\geqslant -\dfrac{2}{3}$ 时,对$\forall x\in (1,2)$,$f(x)\geqslant \ln \dfrac{x}{2-x}-2x-\dfrac{2}{3}(x-1)^3=h(x)$,
$h'(x)=\dfrac{2(x-1)^2}{x(2-x)}-2(x-1)^2=2(x-1)^2[\dfrac{1}{x(2-x)}-1] > 0$,对$\forall x\in (1,2)$恒成立,
所以$h(x) > h$(1)$=-2$符合题意,
综上所述:$b\geqslant -\dfrac{2}{3}$,
所以$b$的取值范围为$[-\dfrac{2}{3}$,$+\infty )$.
点评:本题考查导数的综合应用,解题中注意转化思想的应用,属于中档题.

http://x.91apu.com//shuxue/gkt/2024/2024xgk1/2024-08-27/34169.html