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第18講函數(shù)的綜合應(yīng)用

知識(shí)梳理

1、高考中考查函數(shù)的內(nèi)容主要是以綜合題的形式出現(xiàn),通常是函數(shù)與數(shù)列的綜合、函

數(shù)與不等式的綜合、函數(shù)與導(dǎo)數(shù)的綜合及函數(shù)的開(kāi)放性試題和信息題,求解這些問(wèn)題時(shí),著

重掌握函數(shù)的性質(zhì),把函數(shù)的性質(zhì)與數(shù)列、不等式、導(dǎo)數(shù)等知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通,從而找到解題

的突破口,要求掌握二次函數(shù)圖像、最值和根的分布等基本解法;掌握函數(shù)圖像的各種變換

形式(如對(duì)稱變換、平移變換、伸縮變換和翻折變換等);了解反函數(shù)的概念與性質(zhì);掌握

指數(shù)、對(duì)數(shù)式大小比較的常見(jiàn)方法;掌握指數(shù)、對(duì)數(shù)方程和不等式的解法;掌握導(dǎo)數(shù)的定義、

求導(dǎo)公式與求導(dǎo)法則、復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)法則及導(dǎo)數(shù)的定義、求導(dǎo)公式與求導(dǎo)法則、復(fù)合函數(shù)求

導(dǎo)法則及導(dǎo)數(shù)的幾何意義,特別是應(yīng)用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性、最值等.

n

、函數(shù)的圖象與性質(zhì)

2fxxai

i1

分奇、偶兩種情況考慮:

比如圖(1)函數(shù)fxxx1x3,圖(2)函數(shù)gxxx1x2x1

n

()當(dāng)為奇數(shù)時(shí),函數(shù)的圖象是一個(gè)型,且在最中間的點(diǎn)取

1nfxxai“”“”

i1

最小值;

n

()當(dāng)為偶數(shù)時(shí),函數(shù)的圖象是一個(gè)平底型,且在最中間水平線

2nfxxai“

i1

段”取最小值;

若*為等差數(shù)列的項(xiàng)時(shí),奇數(shù)的圖象關(guān)于直線對(duì)稱,偶數(shù)的圖象關(guān)于直

aiiNxa中

xx

線x左中右中對(duì)稱.

2

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、若為上的連續(xù)單峰函數(shù),且為極值點(diǎn),則當(dāng)變化時(shí),

3fxm,nfmfn,x0k,b

fnfxfnfx

gxfxkxb的最大值的最小值為0,當(dāng)且僅當(dāng)k0,b0

22

時(shí)取得.

必考題型全歸納

題型一:函數(shù)與數(shù)列的綜合

*

例1.(2024·全國(guó)·高三專題練習(xí))已知數(shù)列{xn},滿足x11,2xn1ln(1xn)(nN),

設(shè)數(shù)列{xn}的前n項(xiàng)和為Sn,則以下結(jié)論正確的是()

A.xn1xnB.xn2xn1xnxn1

C.2xn2xn11D.Sn52

【答案】B

*

【解析】2xn1ln(1xn)(nN),把x11代入遞推可得:xn0,

x

令f(x)xln(x1),x0,則f(x)0,f(x)在(0,)單調(diào)遞增,

x1

f(x)f(0),即當(dāng)x0時(shí),恒有l(wèi)n(1x)x成立,

xn0,2xn1ln(1xn)xn,xn2xn1xn1,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;

又2xn22xn1xn11,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;

xnln(1xn)2xn(2xn)ln(1xn)2xn2xn

(xn2xn1)xnxn1xnln(1xn)[ln(1xn)],

2222xn

0xn1,

2xx22x

令yln(1x),0x1,則y0,函數(shù)yln(1x)在(0,1]

x2(x2)2(x1)x2

上遞減,yy(0)0,

(xn2xn1)xnxn10,故選項(xiàng)B正確;

xn1

又由x2x可得xn1,x1,xn(當(dāng)且僅當(dāng)n1時(shí)取““),可得

nn1212n1

111

S12()n12,

n22n12

Sn52,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤,

故選B.

x

例2.(2024·全國(guó)·高三專題練習(xí))已知函數(shù)f(x)ex1,數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,

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1

且滿足a,af(a),則下列有關(guān)數(shù)列{a}的敘述正確的是()

12n1nn

A.a(chǎn)5|4a23a1|B.a(chǎn)7a8C.a(chǎn)101D.S10026

【答案】A

x

【解析】由f(x)ex1x,解得x0或xx0,

由零點(diǎn)存在性定理得xx0(1,2),

an

當(dāng)anx0時(shí),an1ane2an10,數(shù)列單調(diào)遞減,

111

ax,a2f(a1)a1x0,同理,aaf(a),

12023212

1

迭代下去,可得0aaa,數(shù)列單調(diào)遞減,

nn112

故選項(xiàng)B和選項(xiàng)C都錯(cuò)誤;

11

又0aaae211.71.50.2,

nn122

S10099a2a120.3,故D錯(cuò)誤;

對(duì)于A,|4a23a1||30.540.2|0.7,

而a5a20.20.7,

a5|4a23a1|,故A正確.

故選A.

x

例3.(2024·全國(guó)·高三專題練習(xí))已知函數(shù)f(x)ex1,數(shù)列{an}的前n項(xiàng)和為Sn,

1

且滿足a,af(a),則下列有關(guān)數(shù)列{a}的敘述正確的是()

12n1nn

1

A.a(chǎn)B.a(chǎn)aC.S26D.a(chǎn)5|4a23a1|

2467100

【答案】C

1113731

【解析】對(duì)于A選項(xiàng),ae21e2()2,故A錯(cuò)誤;

222424

xa_n

對(duì)于B選項(xiàng),由ex1知,an1f(an)ean10,

a_n

故{an}為非負(fù)數(shù)列,又an1ane2an1,

設(shè)g(x)ex2x1(x0),則g(x)ex2,

易知g(x)在[0,ln2)單調(diào)遞減,在(ln2,)上單調(diào)遞增,

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1

所以12ln2g(x)g(0)0,

2min

1

又0aln2,所以aa0,從而aa0,

1221n1n

1

所以{a}為遞減數(shù)列,且0a,故B錯(cuò)誤;

nn2

對(duì)于C選項(xiàng),

1

因?yàn)閿?shù)列{an}為遞減數(shù)列,當(dāng)n2時(shí),有ana2,

4

1111101

Saaaa26,

10012310024444

131

故C正確;對(duì)于D選項(xiàng),因?yàn)閍5,而|4a23a1||4a2|,故D錯(cuò)誤.故選C.

422

變式1.(2024·全國(guó)·高三專題練習(xí))已知數(shù)列{an}滿足:an0,且

22*

an3an12an1(nN),下列說(shuō)法正確的是()

n1

13

.若,則aa.若a2,則

Aa1nn1B1an1

27

3

C.a(chǎn)1a52a3D.a(chǎn)aaa

n2n13n1n

【答案】B

22*22

【解析】an3an12an1(nN),故an13an12an11,

(an1)(an1)(3an11)(an11).

an0,故an10且3an110,于是(an1)與(an11)同號(hào),

即(an1)(an11)0.

11

對(duì)選項(xiàng)A:若a,則a10,則a10,

1212n

22

anan12an1(an11)0,所以anan1,錯(cuò)誤;

對(duì)選項(xiàng)B:a12,a1110,則an10,即an1,

22

于是anan12an1(an11)0,即anan1,數(shù)列{an}單調(diào)遞減,ana12,

a13

n

42an1,7an1an0,故47(an1an)2an1,即,

3an117

a1a13

n1n

(an1)(an1)(3an11)(an11),故,

an13an117

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n1n1

故3,故3,正確;

an1an1

77

23x1

對(duì)選項(xiàng)C:考慮函數(shù)fx3x22x,x,fx0,

33x22x

函數(shù)單調(diào)遞增,結(jié)合yx的圖像,如圖所示:

由圖可知當(dāng)an0時(shí),數(shù)列{anan1}遞減,

a1a2a2a3a3a4a4a5,所以a1a3a3a5,即a1a52a3,不正確;

2

2113x

對(duì)選項(xiàng)D:設(shè)an1x,則a3x2x,a,

nn23

2

3113x32

aaaa,即xx3x2x,

n2n13n1n33

等價(jià)于223x9x26x213x23x1,化簡(jiǎn)得x22x10,

而x22x10顯然不恒成立,不正確;

故選:B.

變式2.(2024·陜西渭南·統(tǒng)考二模)已知函數(shù)fxsinxlnx,將fx的所有極值點(diǎn)

按照由小到大的順序排列,得到數(shù)列xn,對(duì)于nN,則下列說(shuō)法中正確的是()

..π

Anπxnn1πBxn1xn

2n1π4n1π

.?dāng)?shù)列是遞增數(shù)列.

CxnDfx2n1ln

22

【答案】D

1

【解析】fx的極值點(diǎn)為fxcosx在0,上的變號(hào)零點(diǎn).

x

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1

即為函數(shù)ycosx與函數(shù)y圖像在0,交點(diǎn)的橫坐標(biāo).

x

11

又注意到x0,時(shí),0,kN時(shí),cos(π2kπ)1,

xπ2kπ

πππ

kN,x0,∪2kπ,2kπ時(shí),cosx0.

222

據(jù)此可將兩函數(shù)圖像畫(huà)在同一坐標(biāo)系中,如下圖所示.

π1

f(2kπ)01

A選項(xiàng),注意到kN時(shí),2π,fπ2kπ10,

2kππ2kπ

2

3π1

f2kπ0

23π.

2kπ

2

1

π,ππ,π

結(jié)合圖像可知當(dāng)n2k1,kN,xnnnn1n.

2

1

π,ππ,π

當(dāng)n2k,kN,xnn1nn1n.故A錯(cuò)誤;

2

53

B選項(xiàng),由圖像可知xπ,xπ,則xxπ,故B錯(cuò)誤;

322232

(2n1)π1π,0

C選項(xiàng),xn表示兩點(diǎn)xn,0與n間距離,由圖像可知,

22

(2n1)π

隨著n的增大,兩點(diǎn)間距離越來(lái)越近,即xn為遞減數(shù)列,故C錯(cuò)誤;

2

π,4n1π,N

D選項(xiàng),由A選項(xiàng)分析可知,x2n2n1n,

2

4n11

又結(jié)合圖像可知,當(dāng)xx,π時(shí),cos,即此時(shí)f¢x>0,

2nx()

2x

4n1

得fx在x,π上單調(diào)遞增,

2n

2

(4n1)π(4n1)π

則fx2nf1ln,故D正確.

22

故選:D

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變式3.(2024·上海楊浦·高三復(fù)旦附中??奸_(kāi)學(xué)考試)無(wú)窮數(shù)列an滿足:0a11,

an1an

且對(duì)任意的正整數(shù)n,均有e3ane,則下列說(shuō)法正確的是()

A.?dāng)?shù)列an為嚴(yán)格減數(shù)列B.存在正整數(shù)n,使得an0

4

C.?dāng)?shù)列a中存在某一項(xiàng)為最大項(xiàng)D.存在正整數(shù)n,使得a

nn3

【答案】D

an1an

【解析】因?yàn)閑3ane0,所以3an0,所以an3,

an1anan1an

由e3ane可得e3an,則an1anln3an,

則有an1anln3an,

設(shè)函數(shù)f(x)xln(3x),0x3,

1x2

f(x)1,

x3x3

當(dāng)0x2時(shí),f(x)0,當(dāng)2x3時(shí),f(x)0,

所以f(x)在0,2單調(diào)遞增,2,3單調(diào)遞減,

所以f(x)f(2)2,

因?yàn)?a11,所以a2f(a1)0,2,a3f(a2)0,2,

以此類推,對(duì)任意nN,0an2,故B錯(cuò)誤;

所以an1f(an)anln(3an)an,故A錯(cuò)誤;

因?yàn)閍n1an,所以數(shù)列an中不存在某一項(xiàng)為最大項(xiàng),C錯(cuò)誤;

因?yàn)?a11,所以a2f(a1)a1ln(3a1)ln31,

34

af(a)aln(3a)1ln2,

322223

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4

所以存在正整數(shù)n,使得a,D正確.

n3

題型二:函數(shù)與不等式的綜合

9999

例4.(2024·全國(guó)·高三專題練習(xí))關(guān)于x的不等式x129999x9999x1,解集為

___________.

【答案】1,

【解析】由題設(shè),(x1)9999(2x)9999x1,而yx9999在R上遞增,

當(dāng)x12x即x1時(shí),(x1)9999(2x)99990x1,原不等式不成立;

當(dāng)x12x即x1時(shí),(x1)9999(2x)99990x1,原不等式恒成立.

綜上,解集為1,.

故答案為:1,

例5.(2024·全國(guó)·高三專題練習(xí))意大利數(shù)學(xué)家斐波那契(1175年~1250年)以兔子繁殖

數(shù)量為例,引人數(shù)列:1,1,2,3,5,8,,該數(shù)列從第三項(xiàng)起,每一項(xiàng)都等于前兩項(xiàng)之和,即

*

an2an1annN,故此數(shù)列稱為斐波那契數(shù)列,又稱“兔子數(shù)列”,其通項(xiàng)公式為

nn

11515

a.設(shè)n是不等式log(15)n(15)nn5的正整數(shù)解,

n222

5

則n的最小值為_(kāi)_________.

【答案】8

【解析】由log(15)n(15)nn5,得nn,

2log2(15)(15)n5

nn

得nnn,得1515,

log2(15)(15)log225log5

22n

nnnn

1515

15155

得log25,2,

22

22

nn

5

115152

所以,

22

55

nn

11515

令a,則數(shù)列a即為斐波那契數(shù)列,

n22n

5

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510

2222

an,則a,顯然數(shù)列an為遞增數(shù)列且an0,所以數(shù)列an亦為遞增數(shù)

5n5

列,

由a1a21,得a3a1a22,a4a2a33,a5a3a45,a6a4a58,

a7a5a613,a8a6a721,

210210

因?yàn)閍2132169204.8,a2212441204.8,

7585

所以

210

使得a2成立的n的最小值為8.

n5

故答案為:8.

1

例6.(2024·遼寧·高三??茧A段練習(xí))已知函數(shù)f(x)x2,若不等式

2x1

f(m4x1)f(m2x)5對(duì)任意的x0恒成立,則實(shí)數(shù)m的最小值為_(kāi)_____________.

【答案】21

2

11

【解析】因?yàn)閒(x)+f(x)=+x+2+x+2=5,

2x+12x+1

5

所以f(x)圖象關(guān)于點(diǎn)(0,)對(duì)稱,

2

x4x+2ln22x+1

2ln2

又f(x)=12=2>0,

2x+12x+1

所以f(x)在R上單調(diào)遞增,

f(m4x1)f(m2x)5等價(jià)于f(m4x+1)+f(m2x)f(m2x)+f(2xm),

即f(m4x+1)f(2xm)恒成立,

2x1

所以m4x+12xm,即m(x>0)恒成立,

4x+1

tt

令2x1=t(t>0),可得m=,

(t+1)2+1t2+2t+2

t1121

==

而22,當(dāng)且僅當(dāng)t2時(shí)取等號(hào),

t+2t+2t++222+22

t

2121

所以m,即實(shí)數(shù)m的最小值為.

22

21

故答案為:.

2

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變式4.(2024·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))已知函數(shù)fx是定義域?yàn)镽的函數(shù),f2xfx0,

對(duì)任意x1,x21,x1x2,均有fx2fx10,已知a,bab為關(guān)于x的方程

x22xt230的兩個(gè)解,則關(guān)于t的不等式fafbft0的解集為()

A.2,2B.2,0C.0,1D.1,2

【答案】D

【解析】由f2xfx0,得f10且函數(shù)fx關(guān)于點(diǎn)1,0對(duì)稱.

由對(duì)任意x1,x21,x1x2,均有fx2fx10,

可知函數(shù)fx在1,上單調(diào)遞增.

又因?yàn)楹瘮?shù)fx的定義域?yàn)镽,

所以函數(shù)fx在R上單調(diào)遞增.

因?yàn)閍,bab為關(guān)于x的方程x22xt230的兩個(gè)解,

所以Δ44t230,解得2t2,

且ab2,即b2a.

又f2xfx0,

令xa,則fafb0,

則由fafbft0,得ft0f1,

所以t1.

綜上,t的取值范圍是1,2.

故選:D.

題型三:函數(shù)中的創(chuàng)新題

例7.(2024·重慶渝中·高三重慶巴蜀中學(xué)??茧A段練習(xí))帕德近似是法國(guó)數(shù)學(xué)家亨利·帕

德發(fā)明的用有理多項(xiàng)式近似特定函數(shù)的方法.給定兩個(gè)正整數(shù)m,n,函數(shù)f(x)在x0處

aaxaxm

01m

的[m,n]階帕德近似定義為:R(x)n,且滿足:f(0)R(0),f(0)R(0),

1b1xbnx

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f(0)R(0),f(mn)(0)R(mn)(0).已知f(x)ln(x1)在x0處的[1,1]階帕德近似為

ax(4)(5)(4)

R(x).注:f(x)f(x),f(x)f(x),f(x)f(x),f(x)f(x),

1bx

(1)求實(shí)數(shù)a,b的值;

1

(2)求證:(xb)f1;

x

1

xx

求不等式112的解集,其中.

(3)1e1e2.71828

xx

a2ab

ax

【解析】(1)因?yàn)镽(x),所以R(x)2,R(x)3,

1bx1bx1bx

11

f(x)ln(x1),則f(x),f(x)2,

x1x1

由題意知,f0R0,f0R0,

a11

所以,解得a1,b.

2ab12

11

(2)由(1)知,即證xln11,

2x

1

令t1,則t0且t1,

x

t1

即證t0,11,時(shí)lnt1,

2t1

2t1

記tlnt,t0,11,,

t1

2

t1

14

則t220,

tt1tt1

所以t在0,1上單調(diào)遞增,在1,上單調(diào)遞增,

2t1t1

當(dāng)t0,1時(shí)t10,即lnt,即lnt1成立,

t12t1

2t1t1

當(dāng)t1,時(shí)t10,即lnt,即lnt1成立,

t12t1

t1

綜上可得t0,11,時(shí)lnt1,

2t1

111

所以xln11成立,即(xb)f1成立.

2xx

[在此處鍵入]

[在此處鍵入]

1

xx

()由題意知,欲使得不等式112成立,

31e1

xx

1

則至少有10,即x0或x1,

x

11

xx11

首先考慮12,該不等式等價(jià)于12,即,

e1ln11xln11

xx2x

11

又由(2)知xln11成立,

2x

1

x

所以使得12成立的x的取值范圍是,

e1,10,

x

x

11

再考慮1e,該不等式等價(jià)于xln11,

xx

記hxlnxx1,x0,11,,

11x

則hx1,所以當(dāng)0x1時(shí)hx0,x1時(shí)hx0,

xx

所以hx在0,1上單調(diào)遞增,在1,上單調(diào)遞減,

所以hxh10,即lnxx1,x0,11,,

11

所以ln1,x,10,,

xx

111

當(dāng)x0,時(shí)由ln1,可知xln11成立,

xxx

111

當(dāng)x,1時(shí)由ln1,可知xln11不成立,

xxx

x

1

所以使得1e成立的x的取值范圍是0,,

x

1

xx

綜上可得不等式112的解集為

1e10,.

xx

例8.(2024·上海黃浦·上海市敬業(yè)中學(xué)??既#┒x:如果函數(shù)yfx和ygx

的圖像上分別存在點(diǎn)M和N關(guān)于x軸對(duì)稱,則稱函數(shù)yfx和ygx具有C關(guān)系.

2

gxlog1x

(1)判斷函數(shù)fxlog28x和是否具有C關(guān)系;

2

(2)若函數(shù)fxax1和gxx1不具有C關(guān)系,求實(shí)數(shù)a的取值范圍;

[在此處鍵入]

[在此處鍵入]

(3)若函數(shù)fxxex和gxmsinxm0在區(qū)間0,π上具有C關(guān)系,求實(shí)數(shù)m的取

值范圍.

【解析】(1)fx與gx是具有C關(guān)系,理由如下:

根據(jù)定義,若fx與gx具有C關(guān)系,則在fx與gx的定義域的交集上存在x,

使得fxgx0,

2

gxlog1x

因?yàn)閒xlog28x,,x0,

2

22

所以fxgxlog28xlog1xlog28log2xlog2xlog2x3,

2

1

令fxgx0,即logx30,解得x=,

28

所以fx與gx具有C關(guān)系.

(2)令xfxgx,

因?yàn)閒xax1,gxx1,所以xax1x1x1,

22

令tx1t0,則xt21,故yxatt11tat2,

因?yàn)閒x與gx不具有C關(guān)系,所以x在0,上恒為負(fù)或恒為正,

又因?yàn)閥t2at2開(kāi)口向下,所以yt2at2在0,上恒為負(fù),即

t2at20在0,上恒成立,

當(dāng)t0時(shí),t2at220顯然成立;

2

當(dāng)t0時(shí),at在0,上恒成立,

t

222

因?yàn)閠2t22,當(dāng)且僅當(dāng)t,即t2時(shí),等號(hào)成立,

ttt

2

所以t22,所以a22,

tmin

綜上:a22,即a,22.

(3)因?yàn)閒xxex和gxmsinxm0,

令hxfxgx,則hxxexmsinx,

[在此處鍵入]

[在此處鍵入]

因?yàn)閒x與gx在0,π上具有C關(guān)系,所以hx在0,π上存在零點(diǎn),

因?yàn)閔(x)(x1)exmcosx,

當(dāng)1m0且x(0,π)時(shí),因?yàn)閤1ex1,|mcosx||m|1,所以h(x)0,

所以hx在0,π上單調(diào)遞增,則hxh00,

此時(shí)hx在0,π上不存在零點(diǎn),不滿足題意;

π

當(dāng)m1時(shí),顯然當(dāng)x,π時(shí),h(x)0,

2

π

ππππ

當(dāng)x0,時(shí),因?yàn)閔(x)在0,上單調(diào)遞增,且h(0)1m0,h1e20,

2222

π

故h(x)在0,上存在唯一零點(diǎn),設(shè)為,則h()0,

2

ππ

所以當(dāng)x(0,),h(x)0;當(dāng)x,,h(x)0;又當(dāng)x,π時(shí),h(x)0,

22

所以hx在0,上單調(diào)遞減,在,π上單調(diào)遞增,hx在0,π上存在唯一極小值

點(diǎn),

因?yàn)閔00,所以h()0,

又因?yàn)閔(π)πeπ0,所以hx在0,π上存在唯一零點(diǎn),

所以函數(shù)fx與gx在0,π上具有C關(guān)系,

綜上:m1,即m,1.

例9.(2024·重慶·高三統(tǒng)考階段練習(xí))懸索橋(如圖)的外觀大漂亮,懸索的形狀是平

cxx

面幾何中的懸鏈線.1691年萊布尼茲和伯努利推導(dǎo)出某鏈線的方程為yecec,其中c

2

exex

為參數(shù).當(dāng)c1時(shí),該方程就是雙曲余弦函數(shù)coshx,類似的我們有雙曲正弦函

2

exex

數(shù)sinhx.

2

[在此處鍵入]

[在此處鍵入]

(1)從下列三個(gè)結(jié)論中選擇一個(gè)進(jìn)行證明,并求函數(shù)ycosh2xsinhx的最小值;

22

①coshxsinhx1;

②sinh2x2sinhxcoshx;

22

③cosh2xcoshxsinhx.

(2)求證:x,,coshcosxsinhsinx.

4

【解析】(1)證明:選①,

xx2xx22x2x2x2x

22eeeeee2ee2

coshxsinhx1;

2244

xxxx

e2xe2xeeee

選②,sinh2x22sinhxcoshx;

222

2x2xxx2xx2

eeeeee22

選③,cosh2xcoshxsinhx.

222

e2xe2xexexexex

ycosh2xsinhx,令tsinhx,

222

exex

因?yàn)楹瘮?shù)y、y均為R上的增函數(shù),故函數(shù)ysinhx也為R上的增函數(shù),

22

xx2x2x

eeee22

故tsinhxR,則t2,所以cosh2x2t1,

24

2

21771

所以y2tt12t,當(dāng)且僅當(dāng)t時(shí)取“”,

488

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