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我们来解决一个关于函数性质的问题。已知函数f(x)等于对数项ln(x除以2减x)加上ax加上b乘以(x减1)的三次方。第一问,若b等于0,且导数f'(x)大于等于0,求a的最小值。
首先,我们确定函数的定义域。对数项要求x除以2减x大于0,解得定义域为开区间0到2。当b等于0时,函数简化为对数项加上ax。计算导数,得到f'(x)等于2除以x乘以2减x,再加上a。根据条件f'(x)大于等于0,我们得到a大于等于负的2除以x乘以2减x。
为了找到a的最小值,我们需要找到函数g(x)等于2除以x乘以2减x在区间0到2上的最小值。通过求导可以证明,g(x)在x等于1处取得最小值,g(1)等于2。因此,a大于等于负2,a的最小值为负2。
第二问,我们需要证明曲线y等于f(x)是中心对称图形。中心对称意味着存在一个点,使得曲线上任意一点关于该点对称的点也在曲线上。
首先,我们猜测对称中心可能在x等于1处。接下来,我们计算f(1+h)和f(1-h),其中h是一个小的变量。f(1+h)等于对数项加上a乘以1+h加上b乘以h的三次方。f(1-h)等于负的对数项加上a乘以1-h减去b乘以h的三次方。将这两个表达式相加,我们发现对数项和h的三次方项都消去了,得到f(1+h)加f(1-h)等于2a,这是一个常数。
这证明了曲线y等于f(x)关于点(1,a)中心对称。在图上,我们可以看到,如果取曲线上任意一点,比如绿色点,通过对称中心作直线并延长相同距离,得到的另一点也在曲线上。这就验证了曲线的中心对称性。
第三问,若函数f(x)大于负2当且仅当x在1到2之间,求参数b的取值范围。这个条件意味着当x在0到1之间时,f(x)小于等于负2;当x在1到2之间时,f(x)大于负2。
首先,我们计算函数在x等于1处的值。f(1)等于对数项加上a加上b乘以0,即f(1)等于a。根据条件,当x等于1时,f(x)等于负2,所以a等于负2。接下来,我们分析函数的导数。计算得到f'(x)等于2除以x乘以2减x,减去2,加上3b乘以x减1的平方。整理后,f'(x)等于x减1的平方乘以括号内的表达式。
为了使函数f(x)大于负2当且仅当x在1到2之间,函数必须在整个定义域上是单调的,且在x等于1处取得最小值负2。这要求导数f'(x)在整个定义域上非负。由于x减1的平方在x不等于1时总是正的,所以括号内的表达式必须非负,即2除以x乘以2减x加上3b大于等于0。函数2除以x乘以2减x在区间0到2上的最小值是2,出现在x等于1处。因此,3b大于等于负2,解得b大于等于负2/3。所以b的取值范围是负2/3到正无穷。
在图上,我们可以看到当b等于负2/3时,函数f(x)在x等于1处取得最小值负2。当x小于1时,函数值小于负2;当x大于1时,函数值大于负2。这正好满足题目的条件。如果b大于负2/3,函数仍然满足条件,但如果b小于负2/3,条件就不再满足了。因此,b的取值范围是负2/3到正无穷。
让我们回顾一下这个问题的三个部分及其解答。第一问,当b等于0且导数f'(x)大于等于0时,a的最小值是负2。第二问,我们证明了曲线y等于f(x)关于点(1,a)中心对称。第三问,当函数f(x)大于负2当且仅当x在1到2之间时,b的取值范围是负2/3到正无穷。
在图上,我们可以看到函数的几何特性。当参数b等于负2/3时,函数在x等于1处取得最小值负2,且曲线关于点(1,负2)中心对称。函数在x小于1时值小于负2,在x大于1时值大于负2,正好满足第三问的条件。这个问题展示了函数的导数、对称性和取值范围之间的关系,是高等数学中的一个典型例题。
让我们总结一下这个问题的解题方法和关键点。首先,函数f(x)的定义域是开区间0到2,这是由对数项的限制条件决定的。在第一问中,导数f'(x)的符号决定了函数的单调性,是解决最值问题的关键。我们找到了函数2除以x乘以2减x在定义域上的最小值2,从而确定a的最小值为负2。在第二问中,我们通过证明f(1+h)加f(1-h)等于常数2a,说明曲线关于点(1,a)中心对称。在第三问中,函数取值范围的条件可以转化为函数单调性的条件,即导数在定义域上非负。通过分析,我们得到参数b的取值范围是负2/3到正无穷,这保证了函数满足给定条件。这个问题综合考察了函数的导数、对称性和取值范围等性质,是高等数学中的一个经典例题。