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不等式问题中的同构变形策略

2021-01-27山东省宁阳复圣中学271400张志刚

中学数学研究(江西) 2021年1期
关键词:变形利用结构

山东省宁阳复圣中学 (271400) 张志刚

同构,在抽象代数中指一个保持结构的双射,在高中阶段则表示结构或形式相同.在很多不等式问题中,经过同构变形使不等式两侧呈现相同结构,然后构造函数,结合复合函数的单调性,将不等式蕴含的特征与属性清晰明朗地呈现出来,可解决求参数的取值范围、零点的个数、证明不等式等问题,此种解法不妨称为同构法.例如,若F(x)≤0能等价变形为f[g(x)]≤f[h(x)],然后利用外层函数f(x)的单调性,转化为g(x)≤h(x)或g(x)≥h(x).例如:

(2020年全国Ⅰ卷理科第12题)若2a+log2a=4b+2log4b,则( ).

A.a>2bB.a<2bC.a>b2D.a

分析:由于2a+log2a=4b+2log4b=22b+log2b<22b+log2(2b),设f(x)=2x+log2x,则f(a)

策略一:借助移项、四则运算等同构变形

对于较为简单的多项式函数,可根据题设条件,通过移项、四则运算等变形,直至不等式两侧呈现相同的结构,之后引进新函数,利用函数的单调性解决问题.

例1 (2020年全国Ⅱ卷理科第11题)若2x-2y<3-x-3-y,则( ).

A.ln(y-x+1)>0 B.ln(y-x+1)<0

C.ln|x-y|>0 D.ln|x-y|<0

解:由题意得2x-3-x<2y-3-y.设f(x)=2x-3-x,则f(x)1,ln(y-x+1)>0.选A.

点评:例2中通过对已知不等式变形,使不等式两边结构相同,适时引入函数g(x),进而将问题转化为不等式g′(x)≥0恒成立问题,通过分离参数可轻松获解.

策略二:借助取对数运算同构变形

数据处理中,我们经常对原始数据取对数,然后再作出处理.依据主要有二,一是通过取对数可以大幅压缩数据的绝对数值,数据更趋平稳.本质上是:当x的取值很大时,对数函数变化速度非常缓慢;二是通过取对数降低运算的维度.由于logaMn=nlogaM,loga(M·N)=logaM+logaN,a>0,a≠1,M>0,N>0取对数后,乘方运算转化成了乘法计算,乘法运算则转化成了加法计算.对于两边均是指数型不等式,可考虑通过取对数,将指数问题转化为对数问题……

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