在考研数学一的试卷中,压轴题往往是对考生综合能力的全面考验。以下是一道模拟的压轴题,旨在考察考生对高等数学、线性代数和概率论的综合运用能力:
题目:
设函数 \( f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x \),其中 \( a \) 为实数。已知 \( f(x) \) 在 \( x = a \) 处取得极值,且 \( f(a) = 0 \)。
(1)求 \( a \) 的值;
(2)若 \( f(x) \) 在 \( x = a \) 处的二阶导数 \( f''(a) \) 存在,证明:\( f''(a) < 0 \);
(3)设 \( g(x) = \ln(x) \),证明:对于任意 \( x > 0 \),不等式 \( f(x) > g(x) \) 恒成立。
解答:
(1)首先,求 \( f(x) \) 的一阶导数 \( f'(x) \):
\[ f'(x) = 3x^2 - 12x + 9 \]
令 \( f'(x) = 0 \),解得 \( x = 1 \) 或 \( x = 3 \)。
由于 \( f(x) \) 在 \( x = a \) 处取得极值,且 \( f(a) = 0 \),代入 \( f(x) \) 得:
\[ a^3 - 6a^2 + 9a = 0 \]
解得 \( a = 0 \),\( a = 3 \) 或 \( a = 1 \)。
当 \( a = 0 \) 时,\( f''(0) = 6 > 0 \),故 \( x = 0 \) 不是极值点;
当 \( a = 3 \) 时,\( f''(3) = -6 < 0 \),故 \( x = 3 \) 是极大值点;
当 \( a = 1 \) 时,\( f''(1) = 0 \),需要进一步判断,但由题意 \( f(a) = 0 \),故 \( a = 1 \)。
(2)已知 \( f''(x) = 6x - 12 \),代入 \( x = 1 \) 得 \( f''(1) = -6 < 0 \),故 \( f''(a) < 0 \)。
(3)定义 \( h(x) = f(x) - g(x) = x^3 - 6x^2 + 9x - \ln(x) \),求 \( h(x) \) 的一阶导数 \( h'(x) \):
\[ h'(x) = 3x^2 - 12x + 9 - \frac{1}{x} \]
令 \( h'(x) = 0 \),解得 \( x = 1 \) 或 \( x = 3 \)。
当 \( x = 1 \) 时,\( h''(1) = 6 > 0 \),故 \( x = 1 \) 是极小值点;
当 \( x = 3 \) 时,\( h''(3) = -6 < 0 \),故 \( x = 3 \) 是极大值点。
由于 \( h(x) \) 在 \( x = 1 \) 处取得极小值,且 \( h(1) = 1 > 0 \),故 \( h(x) > 0 \) 对任意 \( x > 0 \) 恒成立,即 \( f(x) > g(x) \)。
微信考研刷题小程序:【考研刷题通】
考研备考路上,刷题是关键。现在,有了【考研刷题通】小程序,政治刷题、英语刷题、数学等全部考研科目应有尽有,助你高效备考,轻松应对考研挑战。快来体验吧!