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我们有函数f(x)等于2倍正弦x减去x倍余弦x再减去x。我们需要证明它的导数在0到π区间内存在唯一零点,并求参数a的取值范围。首先求导数:f撇x等于余弦x加上x倍正弦x减去1。
现在证明f撇x在0到π区间内存在零点。由于f撇x在此区间连续,我们计算特殊点的函数值。在π/6处,f撇值约为0.128大于0。在5π/6处,f撇值约为负0.557小于0。根据介值定理,在这两点之间必存在零点。
为证明零点唯一性,我们求二阶导数。f双撇x等于x乘以余弦x。当x在0到π/2时,x大于0且余弦x大于0,所以f双撇x大于0,f撇x单调递增。当x在π/2到π时,x大于0但余弦x小于0,所以f双撇x小于0,f撇x单调递减。因此f撇x先增后减,最多有一个零点。
现在求参数a的取值范围。不等式f(x)大于等于ax对x在0到π成立,等价于a小于等于f(x)除以x对所有x成立。设g(x)等于f(x)除以x,需要求其最小值。计算端点极限都等于0。通过单调性分析可知g(x)在区间内大于0,下确界为0。因此a小于等于0。
总结一下我们的解题过程:首先通过求导得到f撇x等于余弦x加x正弦x减1。然后利用介值定理证明了零点存在性,通过二阶导数分析证明了零点唯一性。对于第二个问题,我们将不等式转化为求函数最小值问题,最终得到参数a的取值范围为负无穷到0。