APP下载

求导之前“看三看”

2018-01-26孙长卿

速读·下旬 2018年1期
关键词:综上增函数分式

常言说“三思而后行”,是说人们做事不能一时冲动,行动之前一定要考虑周全。解数学题,特别是解导数题时尤其要养成三思而后行的好习惯。解导数题时,求导是一个不可或缺的重要环节。导数题做多了,会发现几乎所有题中求导是必不可少的一步或几步。于是,一些学生看到导数题,往往不经过仔细审题拿过来就求导,结果常常会遇到意想不到的各种阻力至无果而终。所以,解导数题求导前,我们要做到“求导之前看三看”。

一、看求导的目的

这也是人们做事行动前首先要考虑的问题。解导数题求导之前也同样,要先考虑清楚求导的目的是啥,是判定单调性还是证明不等关系还是求字母变量的取值范围等等。明确了目的,就会有针对性的去求导,不至于乱求一气而做无用功。

例1:求证:[ex≥x+1(x∈R)] (☆)

分析:这是一道证明不等式问题,由于这个不等式含有超越函数,所以用常规的不等式证明方法如分析法、综合法、放缩法等不易解决,于是构造函数[hx=ex-x-1(x∈R)],用导数作为工具易得其证明。

证明:令[hx=ex-x-1(x∈R)],求导前弄清目的是要证明此函数h(x)值不小于零,即是要证明此函数的最小值是零。于是,求导得[hx=ex-1],令[hx=0]得x=0。

易知当[x>0时,hx>0],∴在区间(0,+∞)上,h(x)是单调增函数,同理当[x<0时,hx<0],∴在区间(-∞,0)上,h(x)是单调减函数,∴[h(x)极小值=h0=0,∴hx≥h0=0],也就是[ex-x-1≥0],即[ex≥x+1(x∈R)]证毕。

[反思提升]

若不等式改為:[ex>x+1(x≠0)] (1)

则证明如下:

证明:令[hx=ex-x-1(x≠0)],求导得[hx=ex-1],令[hx=0]得x=0。

易知当[x>0时,hx>0],∴在区间(0,+∞)上,h(x)是单调增函数,∴[hx>h0=0],也就是[ex-x-1>0],即[ex>x+1],同理可证:当[x<0]时,[ex>x+1]。

综上,对[x≠0],[ex>x+1]成立。

总结这类超越不等式证明的程序是:明确目的—构造函数—求导—定号定区间—判定单调性(极值)—下结论。

对超越不等式:[ex>x+1(x≠0)] (1)

还可得到如下变式[e-x>1-x(x≠0)] (2)

对(1)式两边取自然对数得[x>ln (x+1)(x>0)] (3)

对(3)式用x-1换x得[x-1>lnx(x>0且x≠1)] (4)

上述例题求导的目标是证明不等关系,有时则是利用导数判定单调性等问题,需要具体问题具体分析。总之求导之前明确目的是我们解导数题首要之选。

二、看欲求导函数解析式的形式特点

是说在对函数求导之前,要看其解析式形式特点,若形式比较复杂时就不要轻易下手求导。如是分式时,分式求导后一般会越求越复杂,不经分析拿过来就求导反而会使问题复杂化而无法得解。所以要仔细研究分式的特点,从中剔除影响因素(如分母),化繁为简再构造函数。

例2:(2011年高考数学全国课标卷Ⅱ文科第21题)已知函数[fx=alnxx+1+bx],曲线[y=fx]在点(1,[f1])处的切线方程为[x+2y-3=0]。

(1)求a,b的值;(2)证明:当[x>0,且x≠1]时,[fx>lnxx-1]。

解:(1)易得a=1,b=1。

(2)由(1)知[fx=lnxx+1+1x],

设[gx=lnxx+1+1x-lnxx-1=x2-1-2xlnxx(x2-1)],分析:到此就要考虑不能直接对[gx]求导,因会越求越复杂,于是剔除分母[x(x2-1)],因为其符号能够通过讨论确定,所以针对分子重新构造新函数。

设[hx=x2-1-2xlnx],则[h'x=2(x-1-lnx)],由上述(4)式得,当[x>0,且x≠1]时[h'x>0],即[hx]为递增函数。

∴当x>1时,h(x)>h(1)=0,而[x(x2-1)]>0,所以g(x)>0,即[fx>lnxx-1]。

同理当00,即[fx>lnxx-1]。综上,当[x>0,且x≠1]时,[fx>lnxx-1]。

三、看有没有现成可用的结论

研究高考中一些导数压轴题我们会发现有一个身影很活跃,即上述超越不等式(☆)式及其变式(1)~(4)。那么解题时就要抓住这些结论,很好地运用它,为解题找到突破口,或者简化解题环节(如例2中(2)解用到上述(4)式)。

例3:(2013年高考数学全国课标Ⅱ卷理科第21题)已知函数[fx=ex-ln (x+m)],设x=0是f(x)的极值点,求m的值,并讨论f(x)的单调性;(2)当m≤2时,证明f(x)>0。

(1)解略。

(2)考虑到不等式中含有[ex]及以e为底的对数ln(x+m),联想到[ex>x+1(x∈R) ]等有关不等式结论,于是有以下证法。

证明:考虑到(☆)式成立(证明略)

由m≤2,得1≥m-1

∴当x>-m时,x+1≥x+m-1(1)。

由[ex]≥x+1(x∈R)(当且仅当x=0时取“=”号)(☆)

得x-1≥lnx(x>0当且仅当x=1取“=”号)

∴当x>-m时,有x+m-1≥ln(x+m)(当x+m=1时取“=”号)(2)。

∴当x>-m时,有x+1≥x+m-1≥ln(x+m),

由[ex]≥x+1,∴[ex]≥x+1≥x+m-1≥ln(x+m),

∵(1)式中当m=2时取“=”号,

(2)式中当x+m=1时取“=”号,若(1)与(2)式中“=”同时成立,则x=-1,而[ex=1e],[1e]>0=0。

若(☆)与(1)式中“=”同时成立,则x=0,m=2,而1=1=1>ln2;

若(☆)与(2)式中“=”同时成立,则x=0,m=1,而1=1>0=0,

总之,[ex]≥x+1≥x+m-1≥ln(x+m)中“=”不能同时成立,

∴[ex]>ln(x+m),综上,当m≤2时,f(x)>0。

作者简介:

孙长卿,男,党员,中学高级教师,教育硕士学位,曾获省级教学能手、市级数学学科带头人称号等,多年来不断撰写论文并发表或获奖。

猜你喜欢

综上增函数分式
一个对数不等式的改进
多角度求解山东省高考21题
具有非齐次泊松到达的队列 模型的稳态分布
集合测试题B卷参考答案
Value of Texture Analysis on Gadoxetic Acid-enhanced MR for Detecting Liver Fibrosis in a Rat Model
我为高考设计题目(2)
如何认识分式
拆分在分式题中的应用
例谈分式应用中的大小比较
2016年山东省20题第(Ⅱ)问的三种解法