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函数、导数紧密配合,不等式可破

2014-11-07

数学教学通讯·初中版 2014年9期
关键词:解题变形分析

利用导数证明不等式是高考压轴题的热点题型之一,此类问题的特点是:问题以不等式形式呈现,“主角”是导数,而不等式的证明不仅技巧性强,而且方法灵活多变,因此构造函数成为证明不等式的良好“载体”,如何有效合理地构造函数是证明不等式的关键所在,下面以实例谈谈如何构造函数的若干解题策略.

移项作差,直接构造

例1 已知定义在正实数集上的函数f(x)= x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b(其中a>0),设两曲线y=f(x),y=g(x)有公共点,且在该点处的切线相同.

(1)用a表示b,并求b的最大值;

(2)求证:f(x)≥g(x)(x>0).

分析:(2)问中先作差构造函数F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b(x>0),然后再利用导数判断其单调性求最小值,只需求证F(x)≥F(x)min≥0.

解:(1)b= a2-3a2lna,bmax= e (略).

(2)构造函数F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b= x2+2ax-3a2lnx- a2+3a2lna(x>0),则F′(x)=x+2a- = . 当0a时,F′(x)>0,所以F(x)在(0,a)上为减函数,在(a,+∞)上为增函数,所以F(x)≥F(a)= a2+2a2- a2=0,故当x>0时, f(x)-g(x)≥0,即f(x)≥g(x).

解后感悟:对于超越不等式的证明,用初等数学方法解决困难,此时可通过构造函数利用导数求最值证明(可能有二次求导).

合理变形,等价构造

例2 求证:lnx> - .

分析:初步设想直接作差构造f(x)=lnx- + ,则f ′(x)= + - . 令f ′(x)=0的零点无法常规求解,思路不通. 由于x>0,故适当变形为:xlnx> - . 令f(x)=xlnx,g(x)= - ,证[f(x)]min>[g(x)]max.

解:设f(x)=xlnx,g(x)= - ,则f ′(x)=1+lnx,g′(x)= .

当x∈0, 时,f ′(x)<0;当x∈ ,+∞时, f ′(x)>0,即[f(x)]min=f =- . 当x∈(0,1)时,g′(x)>0;当x∈(1,+∞)时,g′(x)<0;

所以[g(x)]max=g(1)=- .

而f(x)最小值点与g(x)最大值点并不相等. 故f(x)>g(x),从而原不等式得证.

解后感悟:“变”得巧,故“求”得简单,敢于尝试,合理变形,方向比速度更重要,没路走要找路走,也不要有路就急于走,多想一点,就少算一点.

分析(条件)结论,特征构造

例3 已知函数f(x)=(a+1)lnx+ax2+1,

(1)讨论函数f(x)的单调性;

(2)设a≤-2,证明:对任意x1,x2∈(0,+∞),f(x1)-f(x2)≥4x1-x2.

分析:(2)当a≤-2时,f(x)在(0,+∞)单减,设x1≥x2,则结论可变形为f(x2)+4x2≥f(x1)+4x1,不等式两边结构特征相似,不妨构造函数g(x)=f(x)+4x,寻找解题突破口.

解:(1)f ′(x)= (x>0).

a≥0时,f(x)在(0,+∞)单增;

a≤-1……

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