题目
已知y=f(x)与y=g(x)都是定义在(0,+∞)上的函数,若对任意x1,x2∈(0,+∞),当x1<x2时,都有 g(x_1)≤(f(x_1)-f(x_2))/(x_1-x_2)≤g(x_2),则称y=g(x)是y=f(x)的一个“控制函数”.(1)判断y=2x是否为函数y=x2(x>0)的一个控制函数,并说明理由;(2)设f(x)=lnx的导数为f'(x),0<a<b,求证:关于x的方程(f(b)-f(a))/(b-a)=f'(x)在区间(a,b)上有实数解;(3)设f(x)=xlnx,函数y=f(x)是否存在控制函数?若存在,请求出y=f(x)的所有控制函数;若不存在,请说明理由.
已知y=f(x)与y=g(x)都是定义在(0,+∞)上的函数,若对任意x1,x2∈(0,+∞),当x1<x2时,都有 $g(x_1)≤\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}≤g(x_2)$,则称y=g(x)是y=f(x)的一个“控制函数”.
(1)判断y=2x是否为函数y=x2(x>0)的一个控制函数,并说明理由;
(2)设f(x)=lnx的导数为f'(x),0<a<b,求证:关于x的方程$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f'(x)$在区间(a,b)上有实数解;
(3)设f(x)=xlnx,函数y=f(x)是否存在控制函数?若存在,请求出y=f(x)的所有控制函数;若不存在,请说明理由.
(1)判断y=2x是否为函数y=x2(x>0)的一个控制函数,并说明理由;
(2)设f(x)=lnx的导数为f'(x),0<a<b,求证:关于x的方程$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f'(x)$在区间(a,b)上有实数解;
(3)设f(x)=xlnx,函数y=f(x)是否存在控制函数?若存在,请求出y=f(x)的所有控制函数;若不存在,请说明理由.
题目解答
答案
解:(1)对任意0<x1<x2,则$\frac{x_1^2-x_2^2}{x_1-x_2}=\frac{(x_1-x_2)(x_1+x_2)}{x_1-x_2}=x_1+x_2$,且$2x_1\lex_1+x_2≤2x_2$,
故y=2x是函数y=x2(x>0)的一个控制函数.
证明:(2)设h(x)=lnx-x+1,则h′(x)=$\frac{1-x}{x}<0$⇒x>1,h(x)在(1,+∞)上单调递减,在(0,1)上单调递增,
则h(x)≤h(1)⇒lnx-x+1≤0,当且仅当x=1时,等号成立,
因为0<a<b,则$ln\frac{a}{b}-\frac{a}{b}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}>\frac{1}{b}$;$ln\frac{b}{a}-\frac{b}{a}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
则$\frac{1}{b}<\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
$f'(x)=\frac{1}{x}$在区间(a,b)上的值域为$(\frac{1}{b},\frac{1}{a})$,
则$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f′(x)$在区间(a,b)上有实数解.
解:(3)f(x)=xlx,则$\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}=\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}$,其中0<x1<x2,
$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-lnx_1$=$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_1}{x_1-x_2}$=$\frac{x_2(lnx_1-lnx_2)}{x_1-x_2}$>0,
则$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}>lnx_1$,同理$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x,lnx_2}$<lnx2,
即$lnx_1<\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}<lnx_2$,
则y=lnx是y=f(x)的一个控制函数.
故y=2x是函数y=x2(x>0)的一个控制函数.
证明:(2)设h(x)=lnx-x+1,则h′(x)=$\frac{1-x}{x}<0$⇒x>1,h(x)在(1,+∞)上单调递减,在(0,1)上单调递增,
则h(x)≤h(1)⇒lnx-x+1≤0,当且仅当x=1时,等号成立,
因为0<a<b,则$ln\frac{a}{b}-\frac{a}{b}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}>\frac{1}{b}$;$ln\frac{b}{a}-\frac{b}{a}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
则$\frac{1}{b}<\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
$f'(x)=\frac{1}{x}$在区间(a,b)上的值域为$(\frac{1}{b},\frac{1}{a})$,
则$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f′(x)$在区间(a,b)上有实数解.
解:(3)f(x)=xlx,则$\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}=\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}$,其中0<x1<x2,
$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-lnx_1$=$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_1}{x_1-x_2}$=$\frac{x_2(lnx_1-lnx_2)}{x_1-x_2}$>0,
则$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}>lnx_1$,同理$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x,lnx_2}$<lnx2,
即$lnx_1<\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}<lnx_2$,
则y=lnx是y=f(x)的一个控制函数.
解析
步骤 1:判断y=2x是否为函数y=x^{2}(x>0)的一个控制函数
对任意0<x_1<x_2,则$\frac{x_1^2-x_2^2}{x_1-x_2}=\frac{(x_1-x_2)(x_1+x_2)}{x_1-x_2}=x_1+x_2$,且$2x_1\lex_1+x_2≤2x_2$,
故y=2x是函数y=x^{2}(x>0)的一个控制函数.
步骤 2:证明关于x的方程$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f'(x)$在区间(a,b)上有实数解
设h(x)=lnx-x+1,则h′(x)=$\frac{1-x}{x}<0$⇒x>1,h(x)在(1,+∞)上单调递减,在(0,1)上单调递增,
则h(x)≤h(1)⇒lnx-x+1≤0,当且仅当x=1时,等号成立,
因为0<a<b,则$ln\frac{a}{b}-\frac{a}{b}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}>\frac{1}{b}$;$ln\frac{b}{a}-\frac{b}{a}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
则$\frac{1}{b}<\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
$f'(x)=\frac{1}{x}$在区间(a,b)上的值域为$(\frac{1}{b},\frac{1}{a})$,
则$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f′(x)$在区间(a,b)上有实数解.
步骤 3:判断f(x)=xlnx是否存在控制函数
f(x)=xlx,则$\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}=\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}$,其中0<x_1<x_2,
$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-lnx_1$=$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_1}{x_1-x_2}$=$\frac{x_2(lnx_1-lnx_2)}{x_1-x_2}$>0,
则$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}>lnx_1$,同理$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x,lnx_2}$<lnx_2,
即$lnx_1<\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}<lnx_2$,
则y=lnx是y=f(x)的一个控制函数.
对任意0<x_1<x_2,则$\frac{x_1^2-x_2^2}{x_1-x_2}=\frac{(x_1-x_2)(x_1+x_2)}{x_1-x_2}=x_1+x_2$,且$2x_1\lex_1+x_2≤2x_2$,
故y=2x是函数y=x^{2}(x>0)的一个控制函数.
步骤 2:证明关于x的方程$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f'(x)$在区间(a,b)上有实数解
设h(x)=lnx-x+1,则h′(x)=$\frac{1-x}{x}<0$⇒x>1,h(x)在(1,+∞)上单调递减,在(0,1)上单调递增,
则h(x)≤h(1)⇒lnx-x+1≤0,当且仅当x=1时,等号成立,
因为0<a<b,则$ln\frac{a}{b}-\frac{a}{b}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}>\frac{1}{b}$;$ln\frac{b}{a}-\frac{b}{a}+1<0$⇒$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
则$\frac{1}{b}<\frac{f(b)-f(a)}{b-a}<\frac{1}{a}$,
$f'(x)=\frac{1}{x}$在区间(a,b)上的值域为$(\frac{1}{b},\frac{1}{a})$,
则$\frac{f(b)-f(a)}{b-a}=f′(x)$在区间(a,b)上有实数解.
步骤 3:判断f(x)=xlnx是否存在控制函数
f(x)=xlx,则$\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}=\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}$,其中0<x_1<x_2,
$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-lnx_1$=$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}-\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_1}{x_1-x_2}$=$\frac{x_2(lnx_1-lnx_2)}{x_1-x_2}$>0,
则$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x_2}>lnx_1$,同理$\frac{x_1lnx_1-x_2lnx_2}{x_1-x,lnx_2}$<lnx_2,
即$lnx_1<\frac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}<lnx_2$,
则y=lnx是y=f(x)的一个控制函数.