2011年全國(guó)新課標(biāo)卷第21題為:已知函數(shù)f(x)=+,曲線y=f(x)在點(diǎn)(1,f(1))處的切線方程x+2y-3=0。
(1)求a,b的值;(2)如果當(dāng)x>0且x≠1時(shí),f(x)>+,求k的取值范圍。
對(duì)于第(2)問,高考命題組提供的標(biāo)準(zhǔn)答案為:(2)由(1)知f(x)=+,所以
f(x)-(+)=(2lnx+)。
構(gòu)造函數(shù)h(x)=2lnx+(x>0),則h′(x)=。
(?。┰O(shè)k≤0,由h′(x)=知,當(dāng)x≠1時(shí),h′(x)<0。而h(1)=0,故當(dāng)x∈(0,1)時(shí),
h(x)>0,可得h(x)>0;當(dāng)x∈(1,∞)時(shí),h(x)<0,可得h(x)>0,從而當(dāng)x>0且x≠1時(shí),f(x)>+。
(ⅱ)設(shè)0
(ⅲ)設(shè)k≥1,此時(shí)h′(x)>0,而h(1)=0,故當(dāng)x∈(1,∞)時(shí),h(x)>0,可得h(x)<0,與題設(shè)矛盾。綜合得,k的取值范圍為(-∞,0]。
解法評(píng)析:本題對(duì)k進(jìn)行分類討論,逐段篩選出符合條件k的的范圍。篩選的辦法是通過對(duì)函數(shù)(或所構(gòu)造的函數(shù))求導(dǎo),然后篩選出使導(dǎo)數(shù)能明顯判斷正負(fù)k的范圍,說明函數(shù)單調(diào)性,驗(yàn)證不等式恒成立;再對(duì)導(dǎo)數(shù)可正可負(fù)的k的范圍進(jìn)行討論,用類似舉反例的方法說明不等式不恒成立,即不符合題意;最終由以上兩部分的篩選得到所求k的范圍。這種解法既考查對(duì)不等式恒成立條件正面的探究過程,又考查不等式不恒成立的否定過程,對(duì)應(yīng)試者能力要求高,一般作為高考?jí)狠S題的首選題型,活躍在近年來的高考試題中。其實(shí)這種方法的考查從2006年全國(guó)高考試題中首次出現(xiàn)以后,幾乎每年都有。相同類型高考題目有:
2006(全國(guó)Ⅱ)理第20題:設(shè)函數(shù)
f(x)=(x+1)ln(x+1)若對(duì)所有的x≥0,都有f(x)≥ax成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。
2007(全國(guó)Ⅰ)理第20題:設(shè)函數(shù)f(x)=ex-e-x(1)證明:f(x)的導(dǎo)函數(shù)f′(x)≥2;(2)若對(duì)所有x≥0都有f(x)≥ax,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。
2008(全國(guó)Ⅱ)設(shè)函數(shù)f(x)=(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;(2)如果對(duì)任何x≥0,都有f(x)≤ax,求a的取值范圍。
2010(全國(guó)Ⅱ)已知函數(shù)f(x)=1-e-x(1)。證明:當(dāng)x>-1時(shí),f(x)≥;(2)設(shè)當(dāng)x≥0時(shí),f(x)≤,求a的取值范圍。
同一類型問題能連續(xù)五年作為高考?jí)狠S題目出現(xiàn),一方面說明這類問題具有較好的區(qū)分度,另一方面也說明中學(xué)教學(xué)對(duì)此類問題研究不夠。這類問題一般也可以利用參變分離的方法轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值問題來處理,以2011年全國(guó)新課標(biāo)卷第21題(2)為例,解法如下:
(2)由(1)知,當(dāng)f(x)=+時(shí),當(dāng)x>0,x≠1,f(x)>+即k<+1在(0,1)∪(1,+∞)上恒成立,令g(x)=+1,x∈(0,1)∪(1,+∞),
則g′(x)==
#8226;[lnx+]
再令h(x)=lnx+,x∈(0,+∞),
h′(x)=≥0,即h(x)在(0,+∞)上遞增,而h(1)=0,故當(dāng)0
又(1-+1)=(+1)=0,所以k≤0,即k的取值范圍是(-∞,0]。
這種解法雖然可避免分類討論,但往往要用到高階導(dǎo)數(shù),甚至于要用到洛必達(dá)(L'Hospital)法則才能求出極限,這些都要涉及高等數(shù)學(xué)知識(shí),所以這種做法一般不會(huì)作為高考命題組提供的參考答案,也不應(yīng)該是考生的首選方法。除以上兩種方法外,有時(shí)也可以考慮數(shù)形結(jié)合法,解法如下:由(1)知f(x)=+,當(dāng)x>0且x≠1時(shí),f(x)>+恒成立。
1.當(dāng)x>1時(shí),由f(x)>+
得(k-1)(x2-1)<-2xlnx在(1,+∞)上恒成立,令g(x)=(k-1)(x2-1),h(x)=-2xlnx,畫出h(x)圖像,過(1,0),且h(x)=0,要使(k-1)(x2-1)<-2xlnx在(1,+∞)上恒成立,只需當(dāng)x>1時(shí)g(x)圖像在h(x)圖像下方,由圖像k>1知時(shí)不成立,∴k≤1,故g(x)開口向下,過
(±1,0)點(diǎn),當(dāng)x>1時(shí)由圖像斜率變化知g″(x)≤h″(x)在(1,+∞)上恒成立,即k-1≤-在(1,+∞)上恒成立,所以k≤0。
2.當(dāng)0
得(k-1)(x2-1)<-2xlnx在(0,1)上恒成立,令
g(x)=(k-1)(x2-1),h(x)=-2xlnx,畫出h(x)圖像,要使(k-1)(x2-1)>-2xlnx在(0,1)上恒成立,只需g(x)圖像在h(x)圖像上方,當(dāng)0 |g″(x)|≥|h″(x)|在(0,1)上恒成立,即k-1≥在(0,1)上恒成立,所以k≤0。 綜上所述,k≤0,即k的取值范圍是(-∞,0]。這種解法雖然更直觀,但數(shù)形結(jié)合法的缺點(diǎn)是一般難以精確作圖,所以數(shù)形結(jié)合法容易出錯(cuò)且嚴(yán)謹(jǐn)性不夠,因此數(shù)形結(jié)合法一般也要慎用。 綜上,函數(shù)不等式恒成立求參數(shù)范圍問題一般仍然要以逐段篩選法為主,輔之以構(gòu)造函數(shù)、分離參變等策略,盡量避免過分依賴高等數(shù)學(xué)有關(guān)結(jié)論,用高中所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決問題,這也是命題者的意圖所在。同時(shí)教師在高三復(fù)習(xí)教學(xué)中要善于總結(jié)逐段篩選法的一般思維方式,認(rèn)真研究全國(guó)卷函數(shù)不等式恒成立求參數(shù)范圍問題的解法特征,強(qiáng)化學(xué)生對(duì)這一思想方法的認(rèn)識(shí)。 (責(zé)任編輯 劉永慶) (本文編輯:郎威) 【收稿日期】 (本文編輯:郎威)χ 2x±sx±s×109×109χ2P<(本文編輯:程旭然)