利用導(dǎo)數(shù)證明不等式是高考?jí)狠S題的熱點(diǎn)題型之一,此類問(wèn)題的特點(diǎn)是:?jiǎn)栴}以不等式形式呈現(xiàn),“主角”是導(dǎo)數(shù),而不等式的證明不僅技巧性強(qiáng),而且方法靈活多變,因此構(gòu)造函數(shù)成為證明不等式的良好“載體”,如何有效合理地構(gòu)造函數(shù)是證明不等式的關(guān)鍵所在,下面以實(shí)例談?wù)勅绾螛?gòu)造函數(shù)的若干解題策略.
移項(xiàng)作差,直接構(gòu)造
例1 已知定義在正實(shí)數(shù)集上的函數(shù)f(x)= x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b(其中a>0),設(shè)兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同.
(1)用a表示b,并求b的最大值;
(2)求證:f(x)≥g(x)(x>0).
分析:(2)問(wèn)中先作差構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b(x>0),然后再利用導(dǎo)數(shù)判斷其單調(diào)性求最小值,只需求證F(x)≥F(x)min≥0.
解:(1)b= a2-3a2lna,bmax= e (略).
(2)構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b= x2+2ax-3a2lnx- a2+3a2lna(x>0),則F′(x)=x+2a- = . 當(dāng)0
解后感悟:對(duì)于超越不等式的證明,用初等數(shù)學(xué)方法解決困難,此時(shí)可通過(guò)構(gòu)造函數(shù)利用導(dǎo)數(shù)求最值證明(可能有二次求導(dǎo)).
合理變形,等價(jià)構(gòu)造
例2 求證:lnx> - .
分析:初步設(shè)想直接作差構(gòu)造f(x)=lnx- + ,則f ′(x)= + - . 令f ′(x)=0的零點(diǎn)無(wú)法常規(guī)求解,思路不通. 由于x>0,故適當(dāng)變形為:xlnx> - . 令f(x)=xlnx,g(x)= - ,證[f(x)]min>[g(x)]max.
解:設(shè)f(x)=xlnx,g(x)= - ,則f ′(x)=1+lnx,g′(x)= .
當(dāng)x∈0, 時(shí),f ′(x)<0;當(dāng)x∈ ,+∞時(shí), f ′(x)>0,即[f(x)]min=f =- . 當(dāng)x∈(0,1)時(shí),g′(x)>0;當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),g′(x)<0;
所以[g(x)]max=g(1)=- .
而f(x)最小值點(diǎn)與g(x)最大值點(diǎn)并不相等. 故f(x)>g(x),從而原不等式得證.
解后感悟:“變”得巧,故“求”得簡(jiǎn)單,敢于嘗試,合理變形,方向比速度更重要,沒(méi)路走要找路走,也不要有路就急于走,多想一點(diǎn),就少算一點(diǎn).
分析(條件)結(jié)論,特征構(gòu)造
例3 已知函數(shù)f(x)=(a+1)lnx+ax2+1,
(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)設(shè)a≤-2,證明:對(duì)任意x1,x2∈(0,+∞),f(x1)-f(x2)≥4x1-x2.
分析:(2)當(dāng)a≤-2時(shí),f(x)在(0,+∞)單減,設(shè)x1≥x2,則結(jié)論可變形為f(x2)+4x2≥f(x1)+4x1,不等式兩邊結(jié)構(gòu)特征相似,不妨構(gòu)造函數(shù)g(x)=f(x)+4x,尋找解題突破口.
解:(1)f ′(x)= (x>0).
a≥0時(shí),f(x)在(0,+∞)單增;
a≤-1時(shí),f(x)在(0,+∞)單減;
利用導(dǎo)數(shù)證明不等式是高考?jí)狠S題的熱點(diǎn)題型之一,此類問(wèn)題的特點(diǎn)是:?jiǎn)栴}以不等式形式呈現(xiàn),“主角”是導(dǎo)數(shù),而不等式的證明不僅技巧性強(qiáng),而且方法靈活多變,因此構(gòu)造函數(shù)成為證明不等式的良好“載體”,如何有效合理地構(gòu)造函數(shù)是證明不等式的關(guān)鍵所在,下面以實(shí)例談?wù)勅绾螛?gòu)造函數(shù)的若干解題策略.
移項(xiàng)作差,直接構(gòu)造
例1 已知定義在正實(shí)數(shù)集上的函數(shù)f(x)= x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b(其中a>0),設(shè)兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同.
(1)用a表示b,并求b的最大值;
(2)求證:f(x)≥g(x)(x>0).
分析:(2)問(wèn)中先作差構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b(x>0),然后再利用導(dǎo)數(shù)判斷其單調(diào)性求最小值,只需求證F(x)≥F(x)min≥0.
解:(1)b= a2-3a2lna,bmax= e (略).
(2)構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b= x2+2ax-3a2lnx- a2+3a2lna(x>0),則F′(x)=x+2a- = . 當(dāng)0
解后感悟:對(duì)于超越不等式的證明,用初等數(shù)學(xué)方法解決困難,此時(shí)可通過(guò)構(gòu)造函數(shù)利用導(dǎo)數(shù)求最值證明(可能有二次求導(dǎo)).
合理變形,等價(jià)構(gòu)造
例2 求證:lnx> - .
分析:初步設(shè)想直接作差構(gòu)造f(x)=lnx- + ,則f ′(x)= + - . 令f ′(x)=0的零點(diǎn)無(wú)法常規(guī)求解,思路不通. 由于x>0,故適當(dāng)變形為:xlnx> - . 令f(x)=xlnx,g(x)= - ,證[f(x)]min>[g(x)]max.
解:設(shè)f(x)=xlnx,g(x)= - ,則f ′(x)=1+lnx,g′(x)= .
當(dāng)x∈0, 時(shí),f ′(x)<0;當(dāng)x∈ ,+∞時(shí), f ′(x)>0,即[f(x)]min=f =- . 當(dāng)x∈(0,1)時(shí),g′(x)>0;當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),g′(x)<0;
所以[g(x)]max=g(1)=- .
而f(x)最小值點(diǎn)與g(x)最大值點(diǎn)并不相等. 故f(x)>g(x),從而原不等式得證.
解后感悟:“變”得巧,故“求”得簡(jiǎn)單,敢于嘗試,合理變形,方向比速度更重要,沒(méi)路走要找路走,也不要有路就急于走,多想一點(diǎn),就少算一點(diǎn).
分析(條件)結(jié)論,特征構(gòu)造
例3 已知函數(shù)f(x)=(a+1)lnx+ax2+1,
(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)設(shè)a≤-2,證明:對(duì)任意x1,x2∈(0,+∞),f(x1)-f(x2)≥4x1-x2.
分析:(2)當(dāng)a≤-2時(shí),f(x)在(0,+∞)單減,設(shè)x1≥x2,則結(jié)論可變形為f(x2)+4x2≥f(x1)+4x1,不等式兩邊結(jié)構(gòu)特征相似,不妨構(gòu)造函數(shù)g(x)=f(x)+4x,尋找解題突破口.
解:(1)f ′(x)= (x>0).
a≥0時(shí),f(x)在(0,+∞)單增;
a≤-1時(shí),f(x)在(0,+∞)單減;
利用導(dǎo)數(shù)證明不等式是高考?jí)狠S題的熱點(diǎn)題型之一,此類問(wèn)題的特點(diǎn)是:?jiǎn)栴}以不等式形式呈現(xiàn),“主角”是導(dǎo)數(shù),而不等式的證明不僅技巧性強(qiáng),而且方法靈活多變,因此構(gòu)造函數(shù)成為證明不等式的良好“載體”,如何有效合理地構(gòu)造函數(shù)是證明不等式的關(guān)鍵所在,下面以實(shí)例談?wù)勅绾螛?gòu)造函數(shù)的若干解題策略.
移項(xiàng)作差,直接構(gòu)造
例1 已知定義在正實(shí)數(shù)集上的函數(shù)f(x)= x2+2ax,g(x)=3a2lnx+b(其中a>0),設(shè)兩曲線y=f(x),y=g(x)有公共點(diǎn),且在該點(diǎn)處的切線相同.
(1)用a表示b,并求b的最大值;
(2)求證:f(x)≥g(x)(x>0).
分析:(2)問(wèn)中先作差構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b(x>0),然后再利用導(dǎo)數(shù)判斷其單調(diào)性求最小值,只需求證F(x)≥F(x)min≥0.
解:(1)b= a2-3a2lna,bmax= e (略).
(2)構(gòu)造函數(shù)F(x)=f(x)-g(x)= x2+2ax-3a2lnx-b= x2+2ax-3a2lnx- a2+3a2lna(x>0),則F′(x)=x+2a- = . 當(dāng)0
解后感悟:對(duì)于超越不等式的證明,用初等數(shù)學(xué)方法解決困難,此時(shí)可通過(guò)構(gòu)造函數(shù)利用導(dǎo)數(shù)求最值證明(可能有二次求導(dǎo)).
合理變形,等價(jià)構(gòu)造
例2 求證:lnx> - .
分析:初步設(shè)想直接作差構(gòu)造f(x)=lnx- + ,則f ′(x)= + - . 令f ′(x)=0的零點(diǎn)無(wú)法常規(guī)求解,思路不通. 由于x>0,故適當(dāng)變形為:xlnx> - . 令f(x)=xlnx,g(x)= - ,證[f(x)]min>[g(x)]max.
解:設(shè)f(x)=xlnx,g(x)= - ,則f ′(x)=1+lnx,g′(x)= .
當(dāng)x∈0, 時(shí),f ′(x)<0;當(dāng)x∈ ,+∞時(shí), f ′(x)>0,即[f(x)]min=f =- . 當(dāng)x∈(0,1)時(shí),g′(x)>0;當(dāng)x∈(1,+∞)時(shí),g′(x)<0;
所以[g(x)]max=g(1)=- .
而f(x)最小值點(diǎn)與g(x)最大值點(diǎn)并不相等. 故f(x)>g(x),從而原不等式得證.
解后感悟:“變”得巧,故“求”得簡(jiǎn)單,敢于嘗試,合理變形,方向比速度更重要,沒(méi)路走要找路走,也不要有路就急于走,多想一點(diǎn),就少算一點(diǎn).
分析(條件)結(jié)論,特征構(gòu)造
例3 已知函數(shù)f(x)=(a+1)lnx+ax2+1,
(1)討論函數(shù)f(x)的單調(diào)性;
(2)設(shè)a≤-2,證明:對(duì)任意x1,x2∈(0,+∞),f(x1)-f(x2)≥4x1-x2.
分析:(2)當(dāng)a≤-2時(shí),f(x)在(0,+∞)單減,設(shè)x1≥x2,則結(jié)論可變形為f(x2)+4x2≥f(x1)+4x1,不等式兩邊結(jié)構(gòu)特征相似,不妨構(gòu)造函數(shù)g(x)=f(x)+4x,尋找解題突破口.
解:(1)f ′(x)= (x>0).
a≥0時(shí),f(x)在(0,+∞)單增;
a≤-1時(shí),f(x)在(0,+∞)單減;
數(shù)學(xué)教學(xué)通訊·初中版2014年9期