常言說“三思而后行”,是說人們做事不能一時(shí)沖動(dòng),行動(dòng)之前一定要考慮周全。解數(shù)學(xué)題,特別是解導(dǎo)數(shù)題時(shí)尤其要養(yǎng)成三思而后行的好習(xí)慣。解導(dǎo)數(shù)題時(shí),求導(dǎo)是一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。導(dǎo)數(shù)題做多了,會發(fā)現(xiàn)幾乎所有題中求導(dǎo)是必不可少的一步或幾步。于是,一些學(xué)生看到導(dǎo)數(shù)題,往往不經(jīng)過仔細(xì)審題拿過來就求導(dǎo),結(jié)果常常會遇到意想不到的各種阻力至無果而終。所以,解導(dǎo)數(shù)題求導(dǎo)前,我們要做到“求導(dǎo)之前看三看”。
一、看求導(dǎo)的目的
這也是人們做事行動(dòng)前首先要考慮的問題。解導(dǎo)數(shù)題求導(dǎo)之前也同樣,要先考慮清楚求導(dǎo)的目的是啥,是判定單調(diào)性還是證明不等關(guān)系還是求字母變量的取值范圍等等。明確了目的,就會有針對性的去求導(dǎo),不至于亂求一氣而做無用功。
例1:求證:[ex≥x+1(x∈R)] (☆)
分析:這是一道證明不等式問題,由于這個(gè)不等式含有超越函數(shù),所以用常規(guī)的不等式證明方法如分析法、綜合法、放縮法等不易解決,于是構(gòu)造函數(shù)[hx=ex-x-1(x∈R)],用導(dǎo)數(shù)作為工具易得其證明。
證明:令[hx=ex-x-1(x∈R)],求導(dǎo)前弄清目的是要證明此函數(shù)h(x)值不小于零,即是要證明此函數(shù)的最小值是零。于是,求導(dǎo)得[hx=ex-1],令[hx=0]得x=0。
易知當(dāng)[x>0時(shí),hx>0],∴在區(qū)間(0,+∞)上,h(x)是單調(diào)增函數(shù),同理當(dāng)[x<0時(shí),hx<0],∴在區(qū)間(-∞,0)上,h(x)是單調(diào)減函數(shù),∴[h(x)極小值=h0=0,∴hx≥h0=0],也就是[ex-x-1≥0],即[ex≥x+1(x∈R)]證畢。
[反思提升]
若不等式改為:[ex>x+1(x≠0)] (1)
則證明如下:
證明:令[hx=ex-x-1(x≠0)],求導(dǎo)得[hx=ex-1],令[hx=0]得x=0。
易知當(dāng)[x>0時(shí),hx>0],∴在區(qū)間(0,+∞)上,h(x)是單調(diào)增函數(shù),∴[hx>h0=0],也就是[ex-x-1>0],即[ex>x+1],同理可證:當(dāng)[x<0]時(shí),[ex>x+1]。
綜上,對[x≠0],[ex>x+1]成立。
總結(jié)這類超越不等式證明的程序是:明確目的—構(gòu)造函數(shù)—求導(dǎo)—定號定區(qū)間—判定單調(diào)性(極值)—下結(jié)論。
對超越不等式:[ex>x+1(x≠0)] (1)
還可得到如下變式[e-x>1-x(x≠0)] (2)
對(1)式兩邊取自然對數(shù)得[x>ln (x+1)(x>0)] (3)
對(3)式用x-1換x得[x-1>lnx(x>0且x≠1)] (4)
上述例題求導(dǎo)的目標(biāo)是證明不等關(guān)系,有時(shí)則是利用導(dǎo)數(shù)判定單調(diào)性等問題,需要具體問題具體分析。總之求導(dǎo)之前明確目的是我們解導(dǎo)數(shù)題首要之選。
二、看欲求導(dǎo)函數(shù)解析式的形式特點(diǎn)
是說在對函數(shù)求導(dǎo)之前,要看其解析式形式特點(diǎn),若形式比較復(fù)雜時(shí)就不要輕易下手求導(dǎo)。如是分式時(shí),分式求導(dǎo)后一般會越求越復(fù)雜,不經(jīng)分析拿過來就求導(dǎo)反而會使問題復(fù)雜化而無法得解。所以要仔細(xì)研究分式的特點(diǎn),從中剔除影響因素(如分母),化繁為簡再構(gòu)造函數(shù)。
例2:(2011年高考數(shù)學(xué)全國課標(biāo)卷Ⅱ文科第21題)已知函數(shù)[fx=alnxx+1+bx],曲線[y=fx]在點(diǎn)(1,[f1])處的切線方程為[x+2y-3=0]。
(1)求a,b的值;(2)證明:當(dāng)[x>0,且x≠1]時(shí),[fx>lnxx-1]。
解:(1)易得a=1,b=1。
(2)由(1)知[fx=lnxx+1+1x],
設(shè)[gx=lnxx+1+1x-lnxx-1=x2-1-2xlnxx(x2-1)],分析:到此就要考慮不能直接對[gx]求導(dǎo),因會越求越復(fù)雜,于是剔除分母[x(x2-1)],因?yàn)槠浞柲軌蛲ㄟ^討論確定,所以針對分子重新構(gòu)造新函數(shù)。
設(shè)[hx=x2-1-2xlnx],則[h'x=2(x-1-lnx)],由上述(4)式得,當(dāng)[x>0,且x≠1]時(shí)[h'x>0],即[hx]為遞增函數(shù)。
∴當(dāng)x>1時(shí),h(x)>h(1)=0,而[x(x2-1)]>0,所以g(x)>0,即[fx>lnxx-1]。
同理當(dāng)0
三、看有沒有現(xiàn)成可用的結(jié)論
研究高考中一些導(dǎo)數(shù)壓軸題我們會發(fā)現(xiàn)有一個(gè)身影很活躍,即上述超越不等式(☆)式及其變式(1)~(4)。那么解題時(shí)就要抓住這些結(jié)論,很好地運(yùn)用它,為解題找到突破口,或者簡化解題環(huán)節(jié)(如例2中(2)解用到上述(4)式)。
例3:(2013年高考數(shù)學(xué)全國課標(biāo)Ⅱ卷理科第21題)已知函數(shù)[fx=ex-ln (x+m)],設(shè)x=0是f(x)的極值點(diǎn),求m的值,并討論f(x)的單調(diào)性;(2)當(dāng)m≤2時(shí),證明f(x)>0。
(1)解略。
(2)考慮到不等式中含有[ex]及以e為底的對數(shù)ln(x+m),聯(lián)想到[ex>x+1(x∈R) ]等有關(guān)不等式結(jié)論,于是有以下證法。
證明:考慮到(☆)式成立(證明略)
由m≤2,得1≥m-1
∴當(dāng)x>-m時(shí),x+1≥x+m-1(1)。
由[ex]≥x+1(x∈R)(當(dāng)且僅當(dāng)x=0時(shí)取“=”號)(☆)
得x-1≥lnx(x>0當(dāng)且僅當(dāng)x=1取“=”號)
∴當(dāng)x>-m時(shí),有x+m-1≥ln(x+m)(當(dāng)x+m=1時(shí)取“=”號)(2)。
∴當(dāng)x>-m時(shí),有x+1≥x+m-1≥ln(x+m),
由[ex]≥x+1,∴[ex]≥x+1≥x+m-1≥ln(x+m),
∵(1)式中當(dāng)m=2時(shí)取“=”號,
(2)式中當(dāng)x+m=1時(shí)取“=”號,若(1)與(2)式中“=”同時(shí)成立,則x=-1,而[ex=1e],[1e]>0=0。
若(☆)與(1)式中“=”同時(shí)成立,則x=0,m=2,而1=1=1>ln2;
若(☆)與(2)式中“=”同時(shí)成立,則x=0,m=1,而1=1>0=0,
總之,[ex]≥x+1≥x+m-1≥ln(x+m)中“=”不能同時(shí)成立,
∴[ex]>ln(x+m),綜上,當(dāng)m≤2時(shí),f(x)>0。
作者簡介:
孫長卿,男,黨員,中學(xué)高級教師,教育碩士學(xué)位,曾獲省級教學(xué)能手、市級數(shù)學(xué)學(xué)科帶頭人稱號等,多年來不斷撰寫論文并發(fā)表或獲獎(jiǎng)。