Question

1．已知函數(shù)f（x）=nx-xⁿ，x∈R，其中n∈N^*，n≥2．
（1）討論f（x）的單調(diào)性；
（2）設(shè)曲線y=f（x）與x軸正半軸的交點(diǎn)為P，曲線在點(diǎn)P處的切線方程為y=g（x），求證：對(duì)于任意的正實(shí)數(shù)x，都有f（x）≤g（x）．

Answer 1

分析 （1）由f（x）=nx-xⁿ，可得f′（x），分n為奇數(shù)和偶數(shù)兩種情況利用導(dǎo)數(shù)即可得函數(shù)的單調(diào)性；
（2）設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為（x₀，0），則可求x₀=n${\;}^{\frac{1}{n-1}}$，f′（x₀）=n-n²，可求g（x）=f′（x₀）（x-x₀），F(xiàn)′（x）=f′（x）-f′（x₀）．由f′（x）=-nx^n-1+n在（0，+∞）上單調(diào)遞減，可求F（x）在∈（0，x₀）內(nèi)單調(diào)遞增，在（x₀，+∞）上單調(diào)遞減，即可得證．

解答 解：（1）由f（x）=nx-xⁿ，可得f′（x）=n-nx^n-1=n（1-x^n-1），其中n∈N^•，且n≥2．
下面分兩種情況討論：
①當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，令f′（x）=0，解得x=1，或x=-1，當(dāng)x變化時(shí)，f′（x），f（x）的變化情況如下表：

x	（-∞，-1）	（-1，1）	（1，+∞）
f′（x）	-	+	-
f（x）	遞減	遞增	遞減

所以，f（x）在 （-∞，-1），（1，+∞）上單調(diào)遞減，在（-1，1）單調(diào)遞增．
②當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，
當(dāng) f′（x）＞0，即x＜1時(shí)，函數(shù) f（x）單調(diào)遞增；
當(dāng) f′（x）＜0，即x＞1時(shí)，函數(shù) f（x）單調(diào)遞減；
所以，f（x）在（-∞，1）單調(diào)遞增，在（1，+∞）上單調(diào)遞減；
（2）證明：設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為（x₀，0），
則x₀=n${\;}^{\frac{1}{n-1}}$，f′（x₀）=n-n²，
曲線y=f（x）在點(diǎn)P處的切線方程為y=f′（x₀）（x-x₀），
即g（x）=f′（x₀）（x-x₀），
令F（x）=f（x）-g（x），即F（x）=f（x）-f′（x₀）（x-x₀），
則F′（x）=f′（x）-f′（x₀）．
由于f′（x）=-nx^n-1+n在（0，+∞）上單調(diào)遞減，
故F′（x）在（0，+∞）上單調(diào)遞減，
又因?yàn)镕′（x₀）=0，所以當(dāng)x∈（0，x₀）時(shí)，F(xiàn)′（x）＞0，
當(dāng)x∈（x₀，+∞）時(shí)，F(xiàn)′（x）＜0，
所以F（x）在∈（0，x₀）內(nèi)單調(diào)遞增，在（x₀，+∞）上單調(diào)遞減，
所以對(duì)應(yīng)任意的正實(shí)數(shù)x，都有F（x）≤F（x₀）=0，
即對(duì)于任意的正實(shí)數(shù)x，都有f（x）≤g（x）．

點(diǎn)評(píng) 本小題主要考查導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算、導(dǎo)數(shù)的幾何意義、利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的性質(zhì)、證明不等式等基礎(chǔ)知識(shí)和方法，考查分類(lèi)討論思想、函數(shù)思想和化歸思想，考查綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力．