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        泰勒公式在一類導(dǎo)數(shù)問題中的應(yīng)用

        2019-10-14 02:26:28福建省泉州第五中學(xué)362000王文佳楊蒼洲
        關(guān)鍵詞:泰勒理科題意

        福建省泉州第五中學(xué) (362000) 王文佳 楊蒼洲

        導(dǎo)數(shù)問題中參數(shù)范圍的確定、分類討論時界點的尋找,及如何恰當?shù)臉?gòu)造函數(shù)是導(dǎo)數(shù)部分的難點,也是高考及各級模擬考常考的難點和熱點.其中,大多數(shù)時候我們對自己所構(gòu)造的函數(shù)有一種“不信任”,即不確定其是否會達到我們所預(yù)想的效果.究其原因是忽略了一元函數(shù)泰勒展式在解決含參數(shù)問題中的重要作用.本文以高頻出現(xiàn)的指數(shù)函數(shù)f(x)=ex為例,說明在一類問題中如何應(yīng)用泰勒公式快速的確定參數(shù)范圍,同時闡明此類問題中構(gòu)造函數(shù)的隱含理論支撐之所在.

        1.函數(shù)f(x)=ex在x0處的泰勒公式

        2.用泰勒展開式預(yù)測參數(shù)的取值范圍

        例1 (2010新課標全國理科21)設(shè)函數(shù)f(x)=ex-1-x-ax2.

        (Ⅰ)若a=0,求f(x)的單調(diào)區(qū)間;

        (Ⅱ)若當x≥0時f(x)≥0,求a的取值范圍.

        評注:(ⅰ)關(guān)于構(gòu)造函數(shù)g(x),由于原題目中最高次項為x2,所以只取函數(shù)y=ex的泰勒展式前三項,即到二次項;

        (ⅱ)關(guān)于函數(shù)g(x)的值域,由其泰勒展式可知g(x)一定非負,所以可大膽證明g(x)≥0;

        (ⅲ)關(guān)于參數(shù)在另一半取值不合題意的討論,主要就是尋找導(dǎo)函數(shù)零點的問題,然后利用函數(shù)單調(diào)性說明此種情況不合題意.

        例2 (北京四中2018-2019學(xué)年高三上學(xué)期理科期中考試)已知函數(shù)f(x)=e3x-1-3x-ax2,a∈R.

        (Ⅰ)當a=0時,證明:當x≥0時,f(x)≥0;

        (Ⅱ)當x≥0時,f(x)≥0恒成立,求a的取值范圍

        解析:(Ⅰ)略;(Ⅱ)記g(x)=f′(x)=3e3x-3-2ax,則g′(x)=9e3x-2a.

        例3 (安徽屯溪一中高二理科期考)已知函數(shù)f(x)=ex-1-x-ax2.

        (Ⅰ)當a=0時,求證f(x)≥0;

        (Ⅱ)當x≥0時,若不等式f(x)≥0恒成立,求實數(shù)a的取值范圍;

        (Ⅲ)若x>0,證明(ex-1)ln(x+1)>x2.

        解析:(Ⅰ)略;(Ⅱ)與前面例1幾乎完全一致,過程略;

        綜合以上問題我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn):

        (ⅱ)泰勒公式為我們提供了用多項式替換超越式的思想及具體方法.

        3.結(jié)束語

        泰勒公式是一個用函數(shù)在某點處的信息描述其附近取值的情況的公式,其實是用可導(dǎo)函數(shù)的各階導(dǎo)數(shù)值做系數(shù)構(gòu)建多項式來近似函數(shù)在某點鄰域中的值,高中階段常用的即為本文開篇提到的函數(shù)f(x)=ex在x0處的泰勒公式或它們的變式,在構(gòu)造函數(shù)的過程中老師們也往往較為生硬的告訴學(xué)生只有這樣構(gòu)造才能做出來,導(dǎo)致一種學(xué)生只知其然,不知其所以然的局面.泰勒公式給我們的啟發(fā)之一是函數(shù)的構(gòu)造變得不再生硬,有血有肉;啟發(fā)之二是可以作為討論參數(shù)分界點的一個指導(dǎo).

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