内容正文:
函数与导数综合问题的突破策略
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[例2] 已知函数f(x)=x-1-aln x.
(1)若f(x)≥0,求a的值;
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[方法总结] 利用两个经典不等式解决其他问题,降低了思考问题的难度,优化了推理和运算过程.
(1)对数形式:x≥1+ln x(x>0),当且仅当x=1时,等号成立.
(2)指数形式:ex≥x+1(x∈R),当且仅当x=0时,等号成立.进一步可得到一组不等式链:ex>x+1>x>1+ln x(x>0,且x≠1).
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∴g(x)<g(0)=0,
因此f′(x)<0,
故函数f(x)在(0,π)上是减函数,
∴当0<x1<x2<π时,有f(x1)>f(x2),即a>b.
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[方法总结] 通过二次求导,我们判断出了第一次求导中的导函数的符号,并最终解决了问题.
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2.“二次求导”与证明问题
[例4] 已知函数f(x)=xln x-ex+1.
(1)求曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程;
[解] (1)依题意得f′(x)=ln x+1-ex,
又f(1)=1-e,f′(1)=1-e,故所求切线方程为y-1+e=(1-e)(x-1),即y=(1-e)x.
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(2)证明:f(x)<sin x在(0,+∞)上恒成立.
[解] (2)证明:依题意,要证f(x)<sin x,
即证xln x-ex+1<sin x,
即证xln x<ex+sin x-1.
当0<x≤1时,ex+sin x-1>0,xln x≤0,
故xln x<ex+sin x-1,
即f(x)<sin x.
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故h(x)>h(1)=e+cos 1-1>0,即g′(x)>0,
所以g(x)在(1,+∞)上单调递增,
所以g(x)>g(1)=e+sin 1-1>0,
即xln x<ex+sin x-1,即f(x)<sin x.
综上所述,f(x)<sin x在(0,+∞)上恒成立.
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[方法总结] 本题是应用导数证明不等式.证明的关键在于构造适当的函数,然后在相应区间上用二次求导的办法判定导数的符号,获得函数的单调性,再利用单调性证明不等式.
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(三)消元消参巧构造、妙解极值点偏移问题
1.极值点偏移的含义、判定
极值点偏移的含义:
若单峰函数f(x)的极值点为x0,则极值点的偏移问题的函数值的大小关系及图示如下表所示.
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函数值的大小关系:
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图示:
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2.函数极值点偏移问题的题型及解法
(1)极值点偏移问题的题设一般有以下四种形式:
①若函数f(x)在定义域上存在两个零点x1,x2(x1≠x2),求证:x1+x2>2x0(x0为函数f(x)的极值点);
②若在函数f(x)的定义域上存在x1,x2(x1≠x2)满足f(x1)=f(x2),求证:x1+x2>2x0(x0为函数f(x)的极值点);
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(2)下面结合实例说明极值点偏移问题的常见解法.
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(2)若f(x1)+f(x2)=-1(x1≠x2),证明:x1+x2>2.
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不妨设0<x1<x2,则0<x1<1<x2,
欲证x1+x2>2,只需证x2>2-x1,
因为f(x)在(0,+∞)上单调递减,故只需证f(x2)<f(2-x1).
又f(x1)+f(x2)=-1,
故只需证-1-f(x1)<f(2-x1),即f(2-x1)+f(x1)>-1.
令F(x)=f(x)+f(2-x),x∈(0,1),且F(1)=-1.
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所以∀x∈(0,1),F′(x)=ln x-ln(2-x)+2(1-x)<F′(1)=0,
所以函数F(x)=f(x)+f(2-x)在区间(0,1)上单调递减,
所以有F(x)>F(1),故x1+x2>2.
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[方法总结] 该题直接利用极值点偏移的一般解法,根据所证不等式的结构特征,先把两个变量分到不等号的两边,再利用已知函数的单调性,将其转化为函数值的大小比较问题,进而直接构造相应函数F(x)=f(x)+f(2-x),x∈(0,1).这也是解决此类问题最为直接的方法,渗透了对数学建模等核心素养的考查.
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