方程lnx=bx-a两实根和的范围及应用
2021-09-10许银伙



摘 要:方程lnx=bx-a两实根和的范围证明,是高考模拟卷中高频率出现的压轴题型,在近几年的高考中也曾出现.本文通过研究得出常见的六个相关结论,展示结论相应的推证过程,并介绍结论的应用.
关键词:方程两根;范围;函数导数;单调性
中图分类号:G632文献标识码:A文章编号:1008-0333(2021)04-0029-04
方程lnx=bx-a两实根和的范围问题,通常牵涉极值点偏移,是近几年高考模拟卷中的热点题型,在高考中也曾出现.本文通过研究得出常见的六个相关结论,并展示结论相应的推证方法及应用,旨在帮助同学们掌握这类压轴题型的解决方法.
一、结论及证明
结论一 当b=1时,若方程lnx=x-a有两不同实根x1,x2,则x1+x2>2.
证明 令f(x)=x-a-lnx,则f ′(x)=x-1x(x>0),由f ′(x)=0得:x=1.当x∈(0,1)时,f ′(x)<0,f(x)单调递减;当x∈(1,+SymboleB@)时,f ′(x)>0,在区间(1,+∞)上单调递增.由已知得:f(1)<0,求出a>1,设x1<x2,则0<x1<1,x2>1.
方法一 设g(x)=f(x)-f(2-x),令u=2-x,运用复合函数求导法则得:g′(x)=-2(x-1)2x(2-x)<0对x∈(0,1)恒成立,g(x)在区间(0,1)上单调递减,因为g(1)=0,所以g(x1)>0,f(x1)>f(2-x1).由f(x1)=f(x2)=0得:f(x2)>f(2-x1).又因为x2>1,2-x1>1,f(x)在(1,+SymboleB@)上单调递增,所以x2>2-x1,x1+x2>2成立.
方法二 由lnx1=x1-a,lnx2=x2-a相减得:lnx2-lnx1=x2-x1.要证x1+x2>2,只需证明:x1+x2>2·x2-x1lnx2-lnx1.令t=x2x1,则只需证明:lnt>2(t-1)t+1对t>1恒成立.令h(t)=lnt-2(t-1)t+1,则h′(t)=1t-4(t+1)2=(t-1)2(t+1)2>0,所以函数h(t)在t∈(1,+SymboleB@)上单调递增.因为h(1)=0,所以h(t)>0,则x1+x2>2成立.
方法三 令t=x2x1,则t>1,由已知得:lnx1=x1-a,lnx2=x2-a,相减得:lnx2-lnx1=x2-x1,则 x1=lntt-1,x2=tlntt-1.要证明:x1+x2>2,只需证明:lnt>2(t-1)t+1对t>1恒成立.由方法二得结论成立.
评注 方法一是证明两实根和范围的常用方法,利用函数的的单调性,构造新函数,但只适用于两根和与极值点的两倍比较大小的问题;法二与法三构造的新函数相同,但思路有差别:法二消去参数a,得到x2-x1lnx2-lnx1=1,只需证明:x1+x2>2·x2-x1lnx2-lnx1,如果写出只需证明:x1+x2>2·lnx2-lnx1x2-x1呢?说明消去a后还可能走进死胡同;法三是化成只含一个未知数t的证明问……
