已知函数f(x)=asinx-x+b(a>0,b>0).
(1)求证:函数f(x)在区间[0,a+b]内至少有一个零点;
(2)若函数
f(x)在x=处取得极值.
(i)不等式f(x)>sinx+cosx对任意
x∈[0,]恒成立,求b的取值范围;
(ii)设△ABC的三个顶点A(x
1,y
1),B(x
2,y
2),C(x
3,y
3)在函数f(x)的图象上,且
<x1<x2<x3<,求证:f(sin
2A+sin
2C)<f(sin
2B).
分析:(1)利用f(0)=b>0,f(a+b)=asin(a+b)-a-b+b=a[sin(a+b)-1]≤0,可得函数f(x)在(0,a+b]内至少有一个零点;
(2)根据函数
f(x)在x=处取得极值,可得a=2
(i)不等式f(x)>sinx+cosx等价于b>cosx-sinx+x对于任意
x∈[0,]恒成立,构造函数g(x)=cosx-sinx+x,求函数的最大值,即可求b的取值范围;
(ii)确定函数f(x)在(
,)上是单调递增函数,从而可得y
1<y
2<y
3,利用向量的夹角公式、余弦定理、正弦定理可得sin
2A+sin
2C<sin
2B,再利用函数f(x)在(
,)上是单调递增函数,即可证得结论.
解答:(1)证明:∵函数f(x)=asinx-x+b,a、b均为正的常数
∴f(0)=b>0,f(a+b)=asin(a+b)-a-b+b=a[sin(a+b)-1]≤0
∴函数f(x)在(0,a+b]内至少有一个零点;
(2)解:f′(x)=acosx-1,
∵函数
f(x)在x=处取得极值,∴f′(
)=0
∴acos
-1=0,∴a=2
(i)不等式f(x)>sinx+cosx等价于b>cosx-sinx+x对于任意
x∈[0,]恒成立
设g(x)=cosx-sinx+x,∴g′(x)=-sinx-cosx+1=-
sin(x+
)+1
∵
x∈[0,],∴
x+∈[,],∴sin(x+
)∈
[,1]∴
sin(x+
)∈[1,
]
∴g′(x)≤0
∴g(x)=cosx-sinx+x在[0,
]上是单调减函数,且最大值为g(0)=1
∴b>1;
(ii)证明:当x∈(
,)时,cosx>
,∴f′(x)=2cosx-1>0,
∴函数f(x)在(
,)上是单调递增函数
∵A(x
1,y
1),B(x
2,y
2),C(x
3,y
3)在函数f(x)的图象上,且
<x1<x2<x3<,
∴y
1<y
2<y
3∵cos∠ABC=
=
(x1x2)(x3x2)+(y1y2)(y3y2) |
|||| |
∴cos∠ABC<0
由余弦定理,cos∠ABC=
|AB|2+|BC|2|AC|2 |
2|AB||BC| |
<0
∴|AB|
2+|BC|
2<|AC|
2由正弦定理可得:sin
2A+sin
2C<sin
2B
∴sin
2A+sin
2C、sin
2B∈(0,1)?(
,)
∵函数f(x)在(
,)上是单调递增函数
∴f(sin
2A+sin
2C)<f(sin
2B).
点评:本题考查函数的零点,考查导数知识的运用,考查函数的单调性,考查学生分析解决问题的能力,属于中档题.