已知函数当时,求的单调区间; (2)若,不等式恒成立,求实数的取值范围.
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完整解法
(1)
1. 代入 $a=1$ 并对 $f(x)$ 求导
当 时,。
对其求导,得:
2. 判断导函数 $f'(x)$ 的符号与零点
求二阶导数,得:
因为 ,所以 恒成立,故 在 上单调递增。
又因为 ,
所以当 时,;当 时,。
3. 写出函数的单调区间
综上所述,函数 的单调递减区间为 ,单调递增区间为 。
答案
单调递减区间为 ,单调递增区间为 。
(2)
1. 代入 $f(x)$ 并化简恒成立的不等式
将 代入不等式 ,得:
两边消去 ,原不等式化简为:
2. 取特殊值求出 $a$ 的必要条件
取特殊值 x = rac{\pi}{2} \in \left[0, rac{\pi}{2}
ight] 代入不等式:
左边 = \sin\left(2\cosrac{\pi}{2}
ight) = \sin 0 = 0,
右边 = a \sin^2rac{\pi}{2} = a \cdot 1^2 = a。
要使不等式成立,必须有 ,即 。
3. 检验 $a \leqslant 0$ 的充分性并得出结论
当 时:
因为 x \in \left[0, rac{\pi}{2}
ight],所以 ,从而 。
根据正弦函数性质,当 时,。
又因为 且 ,所以 。
因此, 对任意 x \in \left[0, rac{\pi}{2}
ight] 均成立。
综上所述,实数 的取值范围是 。
答案
的取值范围是 (或 )。
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