同构并非唯一法 问题破解有良方
——对2020年新高考山东卷第21题的另解与思考
2021-09-27何灯周宁
何 灯 周 宁
(1.福建省福清第三中学 350315;2.福建师范大学附属福清德旺中学 350319)
山东省作为新高考综合改革的先行省份,其命制的第一份新高考数学试卷引起社会广泛关注.其中,吸引笔者更多目光的是该卷的导数压轴题.
一、试题再现与解析
题目已知函数f(x)=aex-1-lnx+lna.
(1)当a=e时,求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线与两坐标轴围成的三角形的面积;
(2)若f(x)≥1,求a的取值范围.
分析试题第(2)问以学生熟悉的恒成立条件下求参数范围问题呈现,乍看平淡无奇,朴实无华,细细品味后却感觉内涵丰富,给人启迪.
对于含参函数试题,求解的通法是参数分离法或求导法.但该题包含了以e为底的指数函数和对数函数,因指数对数相互纠缠,运用参数分离法求解无法分离出参数,运用导数法求解无法求出极值点,进一步处理困难.此类问题利用同构法往往能够轻松破解.
所谓同构法,就是通过对不等式恒等变形,将其转化为形如F(g(x))≥F(h(x))(或F(g(x))>F(h(x)))的结构,利用导数研究F(x)的单调性进行求解.此法不但展现了数学的对称和谐美,更是把转化与化归思想体现得淋漓尽致.
下面是文[1]中利用同构法给出试题第(2)问的一个解答.
解析1 由题意f(x)≥1恒成立等价于elna+x-1+lna+x-1≥x+lnx恒成立,等价于elna+x-1+lna+x-1≥elnx+lnx恒成立.令F(x)=ex+x,则F′(x)=ex+1>0,F(x)关于x在(-∞,+∞)上单调递增,从而elna+x-1+lna+x-1≥elnx+lnx恒成立等价于F(lna+x-1)≥F(lnx)恒成立,等价于lna+x-1≥lnx恒成立,即lna≥lnx-x+1恒成立.

故lna≥0,a≥1,所求a的取值范围为[1,+∞).
思考(1)上述解法构思巧妙,学生前期如果没有经过训练,无法完成aex-1-lnx+lna≥1到elna+x-1+lna+x-1≥elnx+lnx的转化,更难想到构造函数F(x)=ex+x以简化问题求解过程;(2)求解本题,常规的参数分离法和求导法均较难奏效,那么同构法是否是求解本题的唯一方法?……p>
