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一道2017年高考试题的解法探析

2018-07-24冯小明

新课程·下旬 2018年4期
关键词:方法教学学生

近年来许多省市的高考压轴题都是导数应用问题,在考查基础知识和基本方法的同时,注重考查学生综合能力,特别是对函数与方程、化归与转化、分类讨论和数形结合等数学思想的灵活运用.本文以2017年全国新课标II卷文科压轴题为例,探析利用导数解决不等式恒成立问题的方法和策略,以期为高中数学解题教学提供参考.

1.考题再现

(2017年新课标II·文21)设函数f(x)=(1-x2)ex.

(1)讨论f(x)的单调性;

(2)当x≥0时,f(x)≤ax+1,求a的取值范围.

2.標准解法

评注 标准答案采用分类讨论和举反例的方法.先利用导数研究函数的单调性,求出最值,进而研究不等式恒成立,分三种情况讨论:①a≥1;②0

笔者通过对该问题的探析,结合学生的思维模式,给出了以下四种行之有效的解法.

3.拓展解法

解法1 分离参数法

解 当x≥0时,f(x)≤ax+1,即αx≥(1-x2)ex-1(*)对?坌x≥0恒成立.

而h′(x)=-xex(x2+4x+1)<0,所以函数h(x)在(0,+∞)上单调递减,

所以h(x)

所以g′(x)<0在(0,+∞)上恒成立,函数g(x)在(0,+∞)上单调递减,由洛必达法则有

即当x→0时,g(x)→1,即当x>0时,g(x)<1.

因为a≥g(x)恒成立,所以a≥1.

因为(*)式对x≥0恒成立,所以由①②得a≥1.

评注 将该问题转化为学生普遍习惯采用的分离参数法,重新构造不含参的函数,再利用“洛必达法则”求解未定式的极限,该问题便迎刃而解.

解法2 二次求导法

解 当x≥0时,f(x)≤ax+1,即(1-x2)ex-ax-1≤0对?坌x≥0恒成立.

令g(x)=(1-x2)ex-ax-1,则g′(x)=ex(-x2-2x+1)-a

而g″(x)=ex(-x2-4x-1)<0,即g′(x)在[0,+∞)是减函数,所以g′(x)≤g′(0)=1-a.

当1-a≤0时,即a≥1时,g′(x)≤0,此时g(x)在[0,+∞)是减函数,

所以g(x)≤g(0)=0,故a≥1.

评注 构造新函数,对新函数二次求导,通过导函数的导数研究原函数的性质,不失为解决导数压轴题的良策.

解法3 数形结合法

解令g(x)=(1-x2)ex-ax-1,则g′(x)=ex(-x2-2x+1)-a.

因为g(0)=0,所以一定?埚x0>0,使得x∈[0,x0)时,g′(x)≤0,

即使得g(x)在[0,x0)单调递减,即……

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