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辽宁省沈阳市第一二0中学2024-2025学年高三上学期第三次质量监测数学试题
展开这是一份辽宁省沈阳市第一二0中学2024-2025学年高三上学期第三次质量监测数学试题,共17页。试卷主要包含了单选题,多选题,填空题,解答题等内容,欢迎下载使用。
1.若A={x|x2<1},B={x|y=ln(−x2+2x)},则A∩B=( )
A. (−1,2)B. [0,1)C. (0,1)D. (−1,0)
2.若复数z满足z(1−i)=i,则z的共轭复数z−对应的点位于( )
A. 第一象限B. 第二象限C. 第三象限D. 第四象限
3.已知向量a=(1,1),b=(1,−1).若(a+λb)⊥(a+μb),则( )
A. λ+μ=1B. λ+μ=−1C. λμ=1D. λμ=−1
4.已知sin(α+β)=13,sin(α−β)=12,则tanαtanβ=( )
A. 15B. −15C. 5D. −5
5.如图,在△ABC中,E是AB的中点,BD=2DC,FC=13AF,EF与AD交于点M,则AM=( )
A. 314AB+37AC
B. 314AB+314AC
C. 23AB+89AC
D. 37AB+47AC
6.若函数f(x)=−x+7,x≤42+lga(x−1),x>4(其中a>0,且a≠1)的最小值是3,则a的取值范围是( )
A. 137.古代数学家刘徽编撰的《重差》是中国最早的一部测量学著作,也为地图学提供了数学基础.现根据刘徽的《重差》测量一个球体建筑物的高度,已知点A是球体建筑物与水平地面的接触点(切点),地面上B,C两点与点A在同一条直线上,且在点A的同侧.若在B,C处分别测得球体建筑物的最大仰角为60∘和20∘,且BC=100m,则该球体建筑物的高度约为( )(cs10∘≈0.985)
A. 49.25mB. 50.76mC. 56.74mD. 58.60m
8.已知a>e2,b>0,c>0,当x≥0时,(ex− ax)(x2−bx+c)≥0恒成立,则acb3的最小值为( )
A. 19B. e327C. e29D. 1
二、多选题:本题共3小题,共18分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,部分选对的得2分,有选错的得0分。
9.已知x>y>0,且x+y=1,则( )
A. |x−1|+|y−1|=1B. yx>y+1x+1
C. 4x+4y>4D. x2+4y2≥45
10.已知数列{anan+1}(n∈N*)是公比为2的等比数列,且a1=1,则下列结论正确的是( )
A. 若{an}是等比数列,则公比为 2
B. {a2n}是公比为2的等比数列
C. a2n−1=2n−1
D. 若a2=12,则an={2n−12,n为奇数2n2−2,n为偶数
11.若函数f(x)=x3−3x2+ax+b,f(x)与x轴的三个交点依次为A(x1,0),B(x2,0),C(x3,0),且在这三个交点处的切线斜率分别记为k1,k2,k3,则下列说法中正确的是( )
A. a>3
B. 若a=−9,则f(−1,1)+f(3.09)<2b−22
C. 若x1,x2,x3成等差数列,则a+b=2
D. 1k1+1k2+1k3=0
三、填空题:本题共3小题,每小题5分,共15分。
12.已知{an}是公差为2的等差数列,且a5+a11=16,则a16=______.
13.已知函数f(x)=sinωx− 3csωx(ω>0),若存在x1,x2∈[0,π],使得f(x1)f(x2)=−4,则ω的最小值为______.
14.定义在R上的函数f(x),满足f(x+1)+f(x+3)=f(2024),f(−x)=f(x+2),且f(12)=14,则k=12024k⋅f(k−12)=______.
四、解答题:本题共5小题,共77分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤。
15.(本小题13分)
已知在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C的对边,CA⋅CB=21,且csC=35.
(1)求△ABC的面积;
(2)若b=5时,求边c和角B.
16.(本小题15分)
已知数列{an}满足a1=2,an+1=Aan+B(其中A≠1,B≠0).
(1)证明:数列{an−B1−A}为等比数列;
(2)若A=2,B=−1,且bn=an−1anan+1,求数列{bn}的前项和为Tn.
17.(本小题15分)
已知函数f(x)=x−(a+1)lnx−ax,a∈R.
(1)讨论f(x)的单调性;
(2)当x≥1时,f(x)≥−2a−4恒成立,求a的取值范围.
18.(本小题17分)
已知数列{an}是公差不为零的等差数列,满足a1=1,a4+a5=a9,正项数列{bn}的前n项和为Sn,且Sn=3n−1.
(1)求数列{an}和{bn}的通项公式;
(2)在b1和b2之间插入1个数c11,使b1,c11,b2成等差数列;在b2和b3之间插入2个数c21,c22,使b2,c21,c22,b3成等差数列;…;在bn和bn+1之间插入n个数cn1,cn2,⋯,cnn,使bn,cn1,cn2,⋯,cnn,bn+1成等差数列.
(ⅰ)求cnk;
(ⅱ)求c11+c21+c22+⋯+cn1+cn2+⋯+cnn的值.
19.(本小题17分)
定义:如果函数f(x)在定义域内,存在极大值f(x1)和极小值f(x2),且存在一个常数k,使f(x1)−f(x2)=k(x1−x2)成立,则称函数f(x)为极值可差比函数,常数k称为该函数的极值差比系数.已知函数f(x)=x−1x−alnx.
(1)当a=52时,判断f(x)是否为极值可差比函数,并说明理由;
(2)是否存在a使f(x)的极值差比系数为2−a?若存在,求出a的值;若不存在,请说明理由;
(3)若3 22≤a≤52,求f(x)的极值差比系数的取值范围.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解:A={x|x2<1}={x|−1
故选:C.
先求出集合A,B,再结合交集的定义,即可求解.
本题主要考查交集及其运算,属于基础题.
2.【答案】C
【解析】解:由z(1−i)=i,得z=i1−i=i(1+i)(1−i)(1+i)=−12+12i,则z−=−12−12i,
∴z−对应的点的坐标为(−12,−12),位于第三象限.
故选:C.
利用复数代数形式的乘除运算化简,求出z−对应的点的坐标即可.
本题考查复数代数形式的乘除运算,考查复数的代数表示法及其几何意义,是基础题.
3.【答案】D
【解析】解:∵a=(1,1),b=(1,−1),
∴a+λb=(λ+1,1−λ),a+μb=(μ+1,1−μ),
由(a+λb)⊥(a+μb),得(λ+1)(μ+1)+(1−λ)(1−μ)=0,
整理得:2λμ+2=0,即λμ=−1.
故选:D.
由已知求得a+λb与a+μb的坐标,再由两向量垂直与数量积的关系列式求解.
本题考查平面向量加法与数乘的坐标运算,考查两向量垂直与数量积的关系,是基础题.
4.【答案】D
【解析】解:根据题意,由两角和与差的正弦公式,可得:
sin(α+β)=sinαcsβ+csαsinβ=13,sin(α−β)=sinαcsβ−csαsinβ=12,
联立方程组,可得sinαcsβ=512,csαsinβ=−112,
又由tanαtanβ=sinαcsβcsαsinβ=512−112=−5.
故选:D.
根据题意,利用两角和与差的正弦公式,联立方程组求得sinαcsβ,csαsinβ的值,结合tanαtanβ=sinαcsβcsαsinβ,即可求解.
本题考查两角和差的运算,属于基础题.
5.【答案】A
【解析】解:根据题意,BD=23BC=23(AC−AB),则AF=34AC,
则AD=AB+BD=AB+23(AC−AB)=13AB+23AC,
M在AD上,设AM=kAD,则AM=k3AB+2k3AC,
又由E、M、F三点共线,则AM=xAE+yAF,(x+y=1)
则AM=x2AB+3y4AC,而AM=k3AB+2k3AC,
则有k3AB+2k3AC=x2AB+3y4AC,故有k3=x22k3=3y4x+y=1,解可得k=914,
故AM=314AB+37AC.
故选:A.
根据题意,分析可得AD=13AB+23AC,设AM=kAD,则AM=k3AB+2k3AC,再设AM=xAE+yAF,分析可得k3AB+2k3AC=x2AB+3y4AC,分析k、x、y的关系,可得k的值,计算可得答案.
本题考查平面向量基本定理,涉及向量的线性运算,属于基础题.
6.【答案】D
【解析】解:由函数f(x)=−x+7,x≤42+lga(x−1),x>4(其中a>0,且a≠1)的最小值是3,
当x≤4时,函数f(x)=−x+7为单调递减函数,所以f(x)min=f(4)=3,
则当x>4时,函数f(x)=2+lga(x−1)为单调递增函数,则a>1,
且满足f(x)>f(4)=2+lga3≥3,即lga3≥1,解得1综上可得,实数a的取值范围为(1,3].
故选:D.
根据题意,利用分段函数的性质,结合对数的运算法则,列出不等式,即可求解.
本题考查分段函数最值的求法,属于中档题.
7.【答案】B
【解析】解:如图,
设球的半径为R,则AB= 3R,
∵BC=Rtan10∘− 3R=100,
∴R=1001tan10∘− 3=100sin10∘cs10∘− 3sin10∘
=100sin10∘2sin(30∘−10∘)=50sin10∘sin20∘=50sin10∘2sin10∘cs10∘=25cs10∘=250.985,
∴2R=500.985≈50.76,
故选:B.
根据三角函数可得AB= 3R,AC=Rtan10∘,利用BC=Rtan10∘− 3R=100,求解R即可.
本题考查解三角形问题,数形结合思想,化归转化思想,方程思想,属中档题.
8.【答案】B
【解析】解:x=0时不等式显然成立,
x>0时,即(exx− a)(x2−bx+c)≥0恒成立,
设f(x)=exx− a,g(x)=x2−bx+c,
则f′(x)=ex(x−1)x2,
∴f(x)在(0,1)上单减,在(1,+∞)上单增,
且f(1)=e− a<0,x→0时,f(x)→+∞,x→+∞时,f(x)→+∞,
故f(x)在(0,+∞)上有两个零点,记为x1,x2(x1
则x1,x2也是g(x)的两个零点,
故b=x1+x2,c=x1x2,
又ex1x1=ex2x2= a,
∴ex1+x2x1x2=a,
∴ebc=a,
∴acb3=ebb3,
令h(b)=ebb3,则h′(b)=eb(b−3)b4,
h(b)在(0,3)上单减,在(3,+∞)上单增,
∴h(b)的最小值为h(3)=e327.
故选:B.
设f(x)=exx− a,g(x)=x2−bx+c,分析可知f(x)在(0,+∞)上有两个零点,记为x1,x2,且b=x1+x2,c=x1x2,进一步可得acb3=ebb3,令h(b)=ebb3,求出其最小值即可.
本题考查导数的综合运用,考查运算求解能力,属于中档题.
9.【答案】ACD
【解析】解:因为x>y>0,且x+y=1,
所以1>x>12>y>0,
所以|x−1|+|y−1|=1−x+1−y=2−(x+y)=1,A正确;
y+1x+1−yx=xy+x−xy−yx(x+1)=x−yx(x+1)>0,即y+1x+1>yx,B错误;
4x+4y≥2 4x⋅4y=2 4x+y=4,当且仅当x=y时取等号,显然等号无法取得,C正确;
x2+4y2=x2+4(1−x)2=5x2−8x+4,
因为12
故选:ACD.
由已知结合基本不等式,不等式的性质及二次函数的性质检验各选项即可判断.
本题主要考查了不等式性质,基本不等式及二次函数性质在最值求解中的应用,属于中档题.
10.【答案】BCD
【解析】解:数列{anan+1}(n∈N*)是公比为2的等比数列,且a1=1,
得an+1an+2anan+1=2,则an+2=2an,因为a1=1,则a3=2,且an≠0.
若{an}是等比数列,则a22=a1a3,故a2=± 2,所以公比q=± 2,A错误;
由an+2=2an,故a2n+2=2a2n,即a2(n+1)a2n=2,故{a2n}是公比为2的等比数列,B正确;
同理,数列{a2n−1}是公比为2的等比数列,由a1=1,则a2n−1=1×2n−1=2n−1,C正确;
由a2=12,则a2n=2n−2,设m为偶数,则am=2n2−2,同理设k为奇数,则ak=2k−12,
所以an={2n−12,n为奇数2n2−2,n为偶数,D正确.
故选:BCD.
依题意有an+2=2an,则{an}中奇数项和偶数项分别构成公比为2的等比数列,可判断BC选项,若{an}是等比数列,求出公比判断A选项,由已知条件求{an}的通项判断D选项.
本题主要考查等比数列的概念及通项公式,数列递推式,考查运算求解能力,属于中档题.
11.【答案】BCD
【解析】解:对于A,f′(x)=3x2−6x+a,因为f(x)有三个零点,所以f(x)至少有三个单调区间,
即f′(x)=0有两个不相等的实数根,
所以36−12a>0,解得a<3,故A错误;
对于B,a=−9时,f(x)=x3−3x2−9x+b,
f′(x)=3(x2−2x−3)=3(x−3)(x+1),
由f′(x)>0=x<−1或x>3,由f′(x)<0=−1
所以f(x)在x=−1处取得极大值,在x=3处取得极小值,
又f(1+x)+f(1−x)=(1+x)3−3(1+x)2−9(1+x)+b+(1−x)3−3(1−x)2−9(1−x)+b=−22+2b,
所以函数f(x)的图象关于点(1,−11+b)中心对称,
所以f(−1.1)+f(3.1)=−22+b,
又f(x)在(3,+∞)上单调递增,所以f(3.09)
对于C,f(x)=x3−3x2+ax+b=(x−x1)(x−x2)(x−x3)
=x3−(x1+x2+x3)x2+(x1x2+x1x3+x2x3)x−x1x2x3,
所以x1+x2+x3=3,x1x2+x1x3+x2x3=a.x1x2x3=−b,
若x1,x2,x3成等差数列,则x1+x3=2,x2=1,a=2+x1x3=2−b,即a+b=2,故C正确;
对于D,f(x)=(x−x1)(x−x2)(x−x3),
f′(x)=(x−x2)(x−x3)+(x−x1)⋅((x−x2)(x−x3))′,
所以f′(x1)=(x1−x2)(x1−x3),同理f′(x2)=(x2−x2)(x2−x3),f′(x3)=(x3−x1)(x3−x2),
所以1k1+1k2+1k3=1f′(x1)+1f′(x2)+1f′(x3)
=1(x1−x2)(x1−x3)+1(x2−x1)(x2−x3)+1(x3−x1)(x3−x2)
=(x2−x3)+(x3−x1)+(x1−x2)(x1−x2)(x1−x3)(x2−x3),故D正确.
故选:BCD.
由f(x)有三个零点,得f′(x)=0有两个不相等的实数根,求解即可判断A;
a=−9时,得出函数f(x)的单调区间及图象关于点(1,−11+b)中心对称,即可判断B;
由题得f(x)=x3−3x2+ax+b=(x−x1)(x−x2)(x−x3),得出x1+x2+x3=3,x1x2+x1x3+x2x3=a,x1x2x3=−b,结合x1,x2,x3成等差数列,即可判断C;
f(x)=(x−x1)(x−x2)(x−x3)得f′(x)=(x−x2)(x−x3)+(x−x1)⋅((x−x2)(x−x3))′,再分别得出f′(x1),f′(x2),f′(x3),代入化简即可判断D.
本题考查导数综合应用,属于中档题.
12.【答案】24
【解析】解:∵{an}是公差为2的等差数列,
∴a5+a11=2a8=16,解得a8=8,
故a16=a8+(16−8)×2=8+16=24.
故答案为:24.
利用等差数列的项的性质,求得a8,再由a8和公差即可求得a16.
本题考查等差数列的性质,考查学生逻辑推理与数学运算的能力,属于基础题.
13.【答案】116
【解析】解:f(x)=sinωx− 3csωx=2sin(ωx−π3),
因为存在x1,x2∈[0,π],使得f(x1)f(x2)=−4,
所以ωπ−π3≥3π2,解得ω≥116,即ω的最小值为116.
故答案为:116.
根据两角差的正弦公式得出f(x)=2sin(ωx−π3),然后根据题意即可得出ωπ−π3≥3π2,从而可得出ω的最小值.
本题考查了两角差的正弦公式,是中档题.
14.【答案】−506
【解析】解:因为f(x+1)+f(x+3)=f(2024),
所以f(x)+f(x+2)=f(2024),f(x+2)+f(x+4)=f(2024),
所以f(x)=f(x+4),所以函数f(x)的周期为4,
令x=2021,则f(2021+1)+f(2021+3)=f(2024),
即f(2022)+f(2024)=f(2024),
所以f(2022)=0,
因为函数f(x)的周期为4,f(2022)=f(4×505+2)=f(2),
所以f(2)=0,
因为f(−x)=f(x+2),令x=0,所以f(0)=f(2)=0,
所以f(2024)=f(4×506+0)=f(0)=0,
所以f(x)+f(x+2)=f(2024)=0,又f(−x)=f(x+2),
所以f(x)+f(−x)=0,
所以函数f(x)为奇函数,
因为f(12)=14,所以f(−12)=−14,
因为函数f(x)的周期为4,所以f(72)=f(−12)=−14,
因为f(−x)=f(x+2),所以f(32)=f(−12+2)=f(12)=14,
f(52)=f(−32)=−f(32)=−14,
所以k=14 k⋅f(k−12)=1×f(12)+2×f(32)+3×f(52)+4×f(72)
=1×14+2×14+3×(−14)+4×(−14)=−1,k=58k⋅f(k−12)=5×f(92)+6×f(112)+7×f(132)+8×f(152)
=5×f(12)+6×f(32)+7×f(52)+8×f(72)
=5×14+6×14+7×(−14)+8×(−14)=−1,
依此类推,所以k=12024k⋅f(k−12)=506×(−1)=−506.
故答案为:−506.
根据题意,通过赋值可得函数f(x)的周期,然后可得函数f(x)为奇函数,再利用函数的周期性,奇偶性和对称性即可求解.
本题考查了抽象函数的周期性,奇偶性,对称性的综合应用,属于难题.
15.【答案】解:(1)由已知可得CA⋅CB=abcsC=35ab=21,可得ab=35,
由csC=35,可求得sinC=45,
所以S△ABC=12absinC=12×35×45=14;
(2)因为b=5,ab=35,可得a=7,
由余弦定理得c2=a2+b2−2abcsC=32,可得c=4 2,
由正弦定理bsinB=csinC,可得sinB=bsinCc=5×454 2= 22,
由于b【解析】(1)由数量积的定义可得ab=35,由同角三角函数的基本公式求出sinC,再由面积公式即可得出答案;
(2)由余弦定理结合ab=35,可求出c,再由正弦定理求解即可.
本题考查了正弦定理和余弦定理的综合应用,属于中档题.
16.【答案】(1)证明:由an+1=Aan+B(A≠0,且B1−A≠2)得,
an+1−B1−A=Aan+B−B1−A=Aan−BA1−A=A(an−B1−A),
所以,数列{an−B1−A}是以A为公比的等比数列.
(2)解:由A=2,B=−1得,数列{an−1}是以2为公比的等比数列,
又因为a1=2,所以,a1−1=1,an−1=1×2n−1=2n−1,
所以,an=2n−1+1,bn=an−1anan+1=2n−1(2n−1+1)(2n+1)=12n−1+1−12n+1,
所以,Tn=(120+1−121+1)+(121+1−122+1)+⋯+(12n−1+1−12n+1)=12−12n+1=2n−12(2n+1).
【解析】(1)推得an+1−B1−A=A(an−B1−A),由等比数列的定义可得证明;
(2)由等比数列的通项公式和数列的裂项相消求和,化简整理可得所求和.
本题考查等比数列的定义和通项公式,以及数列的裂项相消求和,考查转化思想和运算能力,属于中档题.
17.【答案】解:(1)函数f(x)=x−(a+1)lnx−ax,定义域为(0,+∞),
所以f′(x)=1−a+1x+ax2=(x−1)(x−a)x2,
①档a≤0时,x−a>0,令f′(x)=0,得x=1,
当x∈(0,1)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
②若0当x∈(0,a)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,当x∈(a,1)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,当x∈(1,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
③若a=1,f′(x)≥0,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
④若a>1,令f′(x)=0,得x1=1,x2=a,
当x∈(0,1)时,f′(x)>0,f(x)单调递增,
当x∈(1,a)时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
当x∈(a,+∞)时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
综上所述,当a≤0时,f(x)在(0,1)上单调递减,在(1,+∞)上单调递增;
当0当a=1时,f(x)在(0,+∞)上单调递增;
当a>1时,f(x)在(0,1)和(a,+∞)上单调递增,在(1,a)上单调递减.
(2)由(1)知,当a≤1时,f(x)在[1,+∞)上单调递增,故f(x)min=f(1)=1−a,
所以1−a≥−2a−4,解得a≥−5,即−5≤a≤1;
当a>1时,f(x)在(1,a)上单调递减,在(a,+∞)上单调递增,故f(x)min=f(a)=a−(a+1)lna−1
所以a−(a+1)lna−1≥−2a−4,即3(a+1)−(a+1)lna≥0,3−lna≥0,解得a≤e3,所以1综上所述,a的取值范围是[−5,e3].
【解析】(1)求导f′(x)=(x−1)(x−a)x2,且x∈(0,+∞),对实数a分情况讨论,得出单调性;
(2)将所求的转化为f(x)min≥−2a−4,结合函数的单调性求最值即可求解.
本题考查利用导数研究函数的单调性,进而求出函数的最值,解决不等式恒成立问题,属于中档题.
18.【答案】解:(1)设数列{an}的公差为d,
由题意知,a1+3d+a1+4d=a1+8d,因为a1=1,
所以1+3d+1+4d=1+8d,解得d=1,
所以an=1+(n−1)×1=n;
因为数列{bn}的前n项和为Sn,且满足Sn=3n−1,
所以当n=1时,b1=31−1=2,
当n≥2时,bn=Sn−Sn−1=3n−1−3n−1+1=2×3n−1,
验证,当n=1时,b1=2,满足上式,
故bn=2×3n−1;
(2)(ⅰ)在bn和bn+1之间插入n个数cn1,cn2,⋯,cnn,使bn,cn1,cn2,⋯,cnn,bn+1成等差数列,
设公差为dn,则dn=bn+1−bnn+1=2×3n−2×3n−1n+1=4×3n−1n+1,
所以cnk=bn+kdn=2×3n−1+k4×3n−1n+1=2k+1+nn+1×2×3n−1;
(ⅱ)设Mn=cn1+cn2+⋯+cnn=ncn1+n(n−1)2⋅dn=n×3+nn+1×2×3n−1+n(n−1)2×4×3n−1n+1=4n×3n−1,
则c11+c21+c22+⋯+cn1+cn2+⋯+cnn=c11+(c21+c22)+⋯+(cn1+cn2+⋯+cnn)=M1+M2+⋯+Mn,
设Tn=M1+M2+⋯+Mn,
所以Tn=4×30+8×31+12×32+⋯+(4n−4)3n−2+4n×3n−1,
3Tn=4×31+8×32+12×33+…+(4n−4)×3n−1+4n×3n,
两式相减得,−2Tn=4+4×31+4×32+⋯+4×3n−1−4n×3n=4(30+31+32+33+⋯+3n−1)−4n×3n=4×1−3n1−3−4n×3n=(2−4n)×3n−2,
所以Tn=1+(2n−1)×3n.
【解析】本题考查数列的通项公式与前n项和的求法,错位相减法求和,属于较难题.
(1)根据等差数列基本量的运算求得公差d,再由等差数列的通项公式可得an=n;利用bn=Sn−Sn−1(n≥2)求bn,即可,注意检验n=1的情形;
(2)(ⅰ)设等差数列bn,cn1,cn2,⋯,cnn,bn+1的公差为dn,结合dn=bn+1−bnn+1与等差数列的通项公式,可得cnk;
(ⅱ)利用等差数列的前n项和公式求得cn1+cn2+⋯+cnn,再采用错位相减法,求解即可.
19.【答案】解:(1)当a=52时,f(x)是极值可差比函数,理由如下:
当a=52时,f(x)=x−1x−52lnx(x>0),
所以f′(x)=1+1x2−52x=(2x−1)(x−2)2x2,
当x∈(0,12)∪(2,+∞)时,f′(x)>0;当x∈(12,2)时,f′(x)<0,
所以f(x)在(0,12)和(2,+∞)上单调递增,在(12,2)上单调递减,
所以f(x)的极大值为f(12)=52ln2−32,极小值为f(2)=32−52ln2,
所以f(12)−f(2)=(2−103ln2)(12−2),因此f(x)是极值可差比函数.
(2)f(x)的定义域为(0,+∞),f′(x)=1+1x2−ax,即f′(x)=x2−ax+1x2,
假设存在a,使得f(x)的极值差比系数为2−a,则x1,x2是方程x2−ax+1=0的两个不等正实根,
Δ=a2−4>0x1+x2=ax1x2=1,解得a>2,不妨设x1
由于f(x1)−f(x2)=x1−1x1−alnx1−(x2−1x2−alnx2)
=(x1−x2)(1+1x1x2)−alnx1x2
=2(x1−x2)−alnx1x2=(2−ax1−x2lnx1x2)(x1−x2),
所以2−a=2−ax1−x2lnx1x2,从而1x1−x2lnx1x2=1,
得x2−1x2−2lnx2=0,(*)
令g(x)=x−1x−2lnx(x>1),g′(x)=x2−2x+1x2=(x−1)2x2>0,
所以g(x)在(1,+∞)上单调递增,有g(x)>g(1)=0,
因此(*)式无解,即不存在a使f(x)的极值差比系数为2−a.
(3)由(2)知极值差比系数为2−ax1−x2lnx1x2,
即2−x1+x2x1−x2lnx1x2,不妨设0
a2=(x1+x2)2x1x2=x1x2+x2x1+2=t+1t+2,
又3 22≤a≤52,解得14≤t≤12,
令p(t)=2−t+1t−1lnt(14≤t≤12),p′(t)=2lnt+1t−t(t−1)2,
设h(t)=2lnt+1t−t(14≤t≤1),h′(t)=2t−1t2−1=2t−1−t2t2
=−(t−1)2t2≤0所以h(t)在[14,1]上单调递减,当t∈[14,1]时,h(t)≥h(12)>h(1)=0,
从而p′(t)>0,
所以p(t)在[14,12]上单调递增,所以p(14)≤p(t)≤p(12),
即2−103ln2≤p(t)≤2−3ln2.
故f(x)的极值差比系数的取值范围为[2−103ln2,2−3ln2].
【解析】(1)利用函数的导函数求出单调区间,由此得出极大值与极小值,由“极值可差比函数”的定义,求出极值差比系数k的值,这样的值存在即可判断.
(2)反证法,假设存在这样的a,又“极值可差比函数”的定义列出等量关系,证明无解即可.
(3)由(2)得到参数a与极值点的关系式,对关系式进行转化,得出相应函数,利用导函数求出单调性即可得出函数取值范围.
本题主要考查函数的新定义问题,利用导数研究函数的极值,考查运算求解能力,属于难题.
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