“对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2\right)$,$k\sin x\cos x<x$”是“$k<1$”的 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
B
【解析】
根据二倍角公式,将题中问题进行变形为 $k\sin2x<2x$,再构造函数 $f\left(x\right)=x-\sin x$,通过求导分析得出,在 $\left(0,{\mathrm \pi} \right)$ 上,恒有 $\sin x<x$,再从充分性和必要性两个方面分析即可得到答案.由 $\sin x\cos x=\dfrac 12\sin 2x$可得,对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2\right)$,$k\sin x\cos x<x$,即对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2\right)$,$k\sin 2x<2x$.
构造函数 $f\left(x\right)=x-\sin x,x\in \left(0,{\mathrm \pi} \right)$,则\[f'\left(x\right)=1-\cos x.\]因为 $f'\left(x\right)>0$ 恒成立,所以函数 $f\left(x\right)$ 在 $\left(0, {\mathrm \pi} \right)$ 上单调递增,所以 $f\left(x\right)>f\left(0\right)=0$,于是可得:在 $\left(0,{\mathrm \pi} \right)$ 上,$x>\sin x$ 恒成立.
于是对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2 \right)$,若 $k<1$,则\[k\sin 2x<\sin 2x<2x,\]所以必要性成立;
而 $ k=1 $ 时,$\sin 2x<2x$ 也成立,所以充分性不成立.
所以“对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2\right)$,$k\sin x\cos x<x$”是“$k<1$”的必要而不充分条件.
构造函数 $f\left(x\right)=x-\sin x,x\in \left(0,{\mathrm \pi} \right)$,则\[f'\left(x\right)=1-\cos x.\]因为 $f'\left(x\right)>0$ 恒成立,所以函数 $f\left(x\right)$ 在 $\left(0, {\mathrm \pi} \right)$ 上单调递增,所以 $f\left(x\right)>f\left(0\right)=0$,于是可得:在 $\left(0,{\mathrm \pi} \right)$ 上,$x>\sin x$ 恒成立.
于是对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2 \right)$,若 $k<1$,则\[k\sin 2x<\sin 2x<2x,\]所以必要性成立;
而 $ k=1 $ 时,$\sin 2x<2x$ 也成立,所以充分性不成立.
所以“对任意 $x\in\left(0,\dfrac{\mathrm \pi} 2\right)$,$k\sin x\cos x<x$”是“$k<1$”的必要而不充分条件.
题目
答案
解析
备注