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一题看尽长安花*
——2018年全国高考数学Ⅰ卷文21题的多证

2021-06-07广东省惠州市第一中学516007郭煜辉

中学数学研究(江西) 2021年6期
关键词:压轴切线零点

广东省惠州市第一中学 (516007) 郭煜辉

有关导数压轴题一直是高考研究的热点.与往年相比,2018年的文科导数题少了一份彷徨,多了一分亲切.初次尝试,使人兴趣盎然;细细体会,让人意犹未尽;再三品味,解法多种,欲罢不能.可从这一道题,展现出证明导数不等式的多种常用解题思路.

一、题目

评注:本题与2016年广州一模文科压轴题几乎如出一辙,让人倍感亲切.哪怕没有做过,但本题的函数是考试中最常见的“ex”与“lnx”的结合,对考生而言,实在是“最熟悉的陌生人”.

二、解法分析

评注:本解法单刀直入,进行放缩,构造出形式较简单的函数.但学生较难掌握放缩的度,普遍对放缩法存在畏惧,学生反而不易想到.

评注:当需要求解参数取值范围时,优先考虑将式子参变分离,得到平行于x轴的函数图像y=a,容易画图解决问题.本题中,经参变分离后的函数表达式结构不复杂,对分子进行二次求导求最值点.

评注:本题采用虚设零点的解法,即在导数问题中,遇到导函数有零点,但无法求出时,则可将零点只设不求,利用一阶导数为零的等式,在原函数中进行整体代换.其步骤有三:(1)构造合适的可导函数(若原函数结构复杂,可将一阶导数的局部函数构造新函数);(2)利用零点存在性定理,判定一阶导函数零点的大致位置,寻找到使函数值一正一负的区间;(3)利用方程f′(x)=0为零,用x0或含x0的式子进行整体代换,转化成便于求最值的函数.

本题运用这种解法的关键,是能挖掘出存在零点.解题中有2处难点:一是利用极限探求出零点的大致位置;二是利用一阶导数为零的方程整体代换.本题为虚设零点的解法作出了很好的示范.

评注:解法四和解法五中的不等式“ex≥x+1”和“lnx≤x+1”是函数不等式中的重要结论.课本中该不等式并没有以定理形式呈现的,所以在规范性的答题中结论还需先证明,再使用.

解法六:由于a·ex-lnx-1≥0⟺a·ex≥lnx+1,令h(x)=lnx+1,过(0,0)作切线为y=kx,设切点为(x0,y0),

图1

评注:构造切线比较大小,是利用函数图象的几何意义证明不等式,是证明不等式的常用手段.本解法恰是对法四在几何意义上的具体运用:即y=ex的图象在切线y=x+1之上(y=lnx的图象在切线y=x-1之下).

在比较大小的题目中,往往寻找中间量进行对比,得出大小.本解法恰恰是以切线作为中间量,通过对比两条切线的位置,比较得出.此法也可理解为对法一放缩法的几何运用.(放缩成切线对比.)

本解法步骤主要有三步:(1)寻找易于求切线的点(对数函数常找(0,0)、(0,1),指数函数常找(1,0)),过该点求出已知曲线的切线;(2)利用平行关系,求出另一函数的平行切线;(3)把两切线作为中间变量,对比两者位置关系比较大小.

高考试题都是匠心之作,是核心素养和数学知识的综合载体.除具备选拔功能,也具备良好的教学功能.作为教师,不仅仅需要解题,更需要对问题深入探究,挖掘出隐藏在题目中的内涵,找到解决问题在思想和方法上的共性.研究高考试题亦是把握高考方向的重要途径.从2019、2020年的高考命题规律来看,导数题难度下降,已不再是压轴题的必然选择.回头来看,2018年的这道文数21题,亦像是对以往导数压轴题的致敬,集通法于一身,为日后高三的导数复习,作出示范和铺垫.

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