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15函数与初等函数★★★★☆
已知函数 f(x)=2xf(x) = 2^x,g(x)=x2+axg(x) = x^2 + ax(其中 a∈Ra \in \mathbf{R}). 对于不相等的实数 x1x_1,x2x_2,设 m=f(x1)−f(x2)x1−x2m = \frac{f(x_1) - f(x_2)}{x_1 - x_2},n=g(x1)−g(x2)x1−x2n = \frac{g(x_1) - g(x_2)}{x_1 - x_2},现有如下命题:
① 对于任意不相等的实数 x1x_{1},x2x_{2},都有 m>0m > 0; ② 对于任意的 aa 及任意不相等的实数 x1x_{1},x2x_{2},都有 n>0n > 0; ③ 对于任意的 aa,存在不相等的实数 x1x_{1},x2x_{2},使得 m=nm = n; ④ 对于任意的 aa,存在不相等的实数 x1x_{1},x2x_{2},使得 m=−nm = -n.
其中的真命题有______. (写出所有真命题的序号)
\begin{solution} 先化简
n=x12−x22+a(x1−x2)x1−x2=x1+x2+an=\frac{x_1^2-x_2^2+a(x_1-x_2)}{x_1-x_2}=x_1+x_2+a
因为 2x2^x 在 R\mathbf{R} 上严格递增,所以 x1≠x2x_1\ne x_2 时 m>0m>0,命题 1 为真. 命题 2 不真,例如取 a=0a=0,x1=−2x_1=-2,x2=−1x_2=-1,则 n=−3<0n=-3<0.
命题 3 也不真. 取 a=−10a=-10,记 s=x1+x2s=x_1+x_2,d=x1−x2≠0d=x_1-x_2\ne0,则
m=2s22d2−2−d2d>(ln⁡2)2s2m=2^{\frac{s}{2}}\frac{2^{\frac{d}{2}}-2^{-\frac{d}{2}}}{d}>(\ln2)2^{\frac{s}{2}}
若 s⩽10s\leqslant10,则 n=s−10⩽0<mn=s-10\leqslant0<m. 若 s>10s>10,函数 (ln⁡2)2s2−(s−10)(\ln2)2^{\frac{s}{2}}-(s-10) 的导数在 [10,+∞)[10,+\infty) 上为正,因此该函数递增且在 s=10s=10 时为正,所以仍有 m>s−10=nm>s-10=n,不可能 m=nm=n.
对于命题 4,固定取 x1=t+1x_1=t+1,x2=t−1x_2=t-1,则 m=34 2tm=\dfrac34\,2^t,n=2t+an=2t+a. 函数 h(t)=34 2t+2t+ah(t)=\dfrac34\,2^t+2t+a 连续,且当 t→−∞t\to-\infty 时 h(t)→−∞h(t)\to-\infty,当 t→+∞t\to+\infty 时 h(t)→+∞h(t)\to+\infty. 由介值定理,存在 tt 使 h(t)=0h(t)=0,即 m=−nm=-n,命题 4 为真. 所以真命题的序号为 \circled1\circled4\circled{1}\circled{4}. \end{solution}

2015 · 四川 · 理 · 第 15 题 · 填空题

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