内容正文:
衔接教材 夯基固本
落实
第6节 指数函数、对数函数
微点突破4 幂、对数的大小比较问题
第二章 函 数
衔接教材 夯基固本
落实
C
A
D
C
A
A
A
C
B
D
B
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指数与对数是高中一个重要的知识点,也是高考必考考点,其中指数、对数及幂的大小比较是近几年的高考热点,主要考查指数、对数的互化、运算性质,以及指数函数、对数函数和幂函数的性质,一般以选择题或填空题的形式出现.
类型一 直接利用单调性比较大小
[例1] (1)已知a=log47,b=log930,,则a,b,c的大小关系为( )
A. a<b<c
B.c<a<b
C. a<c<b
D.c<b<a
(2)(2025·天津模拟)已知函数f(x)是定义在R上的偶函数,且在(0,+∞)上单调递减,若a=f(log20.2),b=f(20.2),c=f(0.20.3),则a,b,c大小关系为( )
A. a<b<c
B.c<a<b
C. a<c<b
D.b<a<c
解析:(1)由题可得,a=log47=log2 eq \r(7)<log2 eq \r(8)== eq \f(3,2)=c,b=log930=log3 eq \r(30)>log3 eq \r(27)==c,则a<c<b.
(2)log20.2=log2 eq \f(1,5)=-log25,因为f(x)是定义在R上的偶函数,所以a=f(log20.2)=f(-log25)=f(log25).因为log25>log24=2,1=20<20.2<21=2,0<0.20.3<0.20=1,且f(x)在(0,+∞)上单调递减,所以f(log25)<f(20.2)<f(0.20.3),即a<b<c.
当两个数都是指数幂或对数式时,可将其看成某个指数函数、对数函数或幂函数的函数值,然后利用该函数的单调性比较大小.
训练1 (2025·岳阳模拟)已知a=30.5,b=log30.5,c=0.53,则a,b,c的大小关系是( )
A. a<b<c B.b<a<c C.a<c<b
D.b<c<a
解析:根据指数函数y=3x在R上单调递增可得,a=30.5>30=1;根据对数函数y=log3x在(0,+∞)上单调递增可得,b=log30.5<log31=0;根据指数函数y=0.5x在R上单调递减和值域可得,0<c=0.53<0.50=1,∴b<c<a.
类型二 引入中间值比较大小
[例2] (2025·上饶模拟)已知a=log53,,c=7-0.5,则a,b,c的大小关系为( )
A. a>b>c B.a>c>b C.b>a>c
D.c>b>a
解析:因为1=log55>log53>log5 eq \r(5)== eq \f(1,2),所以 eq \f(1,2)<a<1.因为7-0.5== eq \f(1,2),所以0<c< eq \f(1,2).又b=>20=1,所以b>a>c.
在指数、对数中通常可优先选择“-1,0, eq \f(1,2),1”对所比较的数进行划分,然后再进行比较,有时可以简化比较的步骤,也有一些题目需要选择特殊的常数对所比较的数的值进行估计,例如log23,可知1=log22<log23<log24=2,进而可估计log23是一个1~2之间的小数,从而便于比较.
训练2 已知a= eq \f(4,3),b=log34,c=3-0.1,则a,b,c的大小关系为( )
A. a>b>c
B.c>b>a
C. b>a>c
D.a>c>b
解析:因为a= eq \f(4,3)=,=34=81>43=64,且函数y=log3x在(0,+∞)上单调递增,所以>log34,即a>b.又b=log34>log33=1,c=3-0.1<30=1,即b>c,所以a>b>c.
类型三 作差(商)法比较大小
[例3] 若a=sin 4,b=log53,c=lg 6,d=e0.01,则( )
A. a<b<c<d
B.a<c<b<d
C. b<c<d<a
D.a<d<b<c
解析:由题意,a=sin 4<0,d=e0.01>1,0<b=log53<1,0<c=lg 6<1,只需比较b,c的大小,而log53-lg 6= eq \f(lg 3,lg 5)-lg 6= eq \f(lg 3-lg 5·lg 6,lg 5)= eq \f(lg 3-(1-lg 2)(lg 2+lg 3),lg 5)= eq \f(lg 2·(-1+lg 6),lg 5)<0,∴b<c,综上可得,a<b<c<d.
(1)一般情况下,作差或者作商可处理底数不一样的对数比较大小问题.
(2)作差或者作商的难点在于后续变形处理,注意此处的常见技巧和方法.
训练3 (2025·沈阳月考)已知正实数x,y满足x<y,设a=xex+y,b=yey+x,c=yex+x,则a,b,c的大小关系是( )
A. a<c<b
B.c<a<b
C. c<b<a
D.b<c<a
解析:因为a=xex+y,b=yey+x,c=yex+x,所以b-c=y(ey-ex),又y>x>0,e>1,所以ey>ex,所以b>c.因为c-a=(x-y)+(y-x)ex=(x-y)(1-ex),又y>x>0,ex>1,所以c-a>0,得c>a.综上可得,a<c<b.
类型四 构造函数比较大小
[例4] 已知ex-2y>ln y-x+ln 2,则( )
A. x>2y
B.x<2y
C. x>ln (2y)
D.x<ln (2y)
解析:由ex-2y>ln y-x+ln 2,得ex+x>2y+ln (2y),即ex+x>eln (2y)+ln (2y).令f(x)=ex+x,易知f(x)在R上单调递增,所以x>ln (2y).
某些数或式子的大小关系问题,看似与函数的单调性无关,细心挖掘问题的内在联系,抓住其本质,将各个值中的共同的量用变量替换,构造函数,利用导数研究相应函数的单调性,进而比较大小.
训练4 已知a= eq \f(2(2-ln 2),e2),b= eq \f(ln 2,2),c= eq \f(1,e),则a,b,c的大小关系为( )
A. a<b<c
B.b<a<c
C. a<c<b
D.b<c<a
解析:a= eq \f(2-ln 2,\f(e2,2))= eq \f(ln \f(e2,2),\f(e2,2)),c= eq \f(1,e)= eq \f(ln e,e),令f(x)= eq \f(ln x,x)(x>0),∴a=f( eq \f(e2,2)),b=f(2),c=f(e).∵f′(x)= eq \f(1-ln x,x2),∴当x∈(0,e)时,f′(x)>0,当x∈(e,+∞)时,f′(x)<0,∴f(x)在(0,e)上单调递增,在(e,+∞)上单调递减,∴f(x)max=f(e)= eq \f(ln e,e)=c,∴a<c,b<c.又b= eq \f(ln 2,2)= eq \f(2ln 2,4)= eq \f(ln 4,4)=f(4),且4> eq \f(e2,2),∴f(4)<f( eq \f(e2,2)),∴b<a,∴b<a<c.
类型五 利用函数图象比较大小
[例5] 若log3x=log4y=log5z<-1,则( )
A. 3x<4y<5z
B.4y<3x<5z
C. 4y<5z<3x
D.5z<4y<3x
解析:令log3x=log4y=log5z=m<-1,则x=3m,y=4m,z=5m,3x=3m+1,4y=4m+1,5z=5m+1,其中m+1<0,在同一坐标系内画出y=3x,y=4x,y=5x的图象,如图所示,由图可知5m+1<4m+1<3m+1,故5z<4y<3x.
涉及某些由指数式、对数式给出的几个数的大小比较问题,可以把这几个数视为对应的指数函数、对数函数与另外某个函数图象交点的横坐标,利用图象的直观性解决.
训练5 已知a,b,c均大于1,满足 eq \f(2a-1,a-1)=2+log2a, eq \f(3b-2,b-1)=3+log3b, eq \f(4c-3,c-1)=4+log4c,则下列不等式成立的是( )
A. c<b<a
B.a<b<c
C. a<c<b
D.c<a<b
解析:由 eq \f(2a-1,a-1)=2+log2a,得 eq \f(1,a-1)=log2a,由 eq \f(3b-2,b-1)=3+log3b,得 eq \f(1,b-1)=log3b,由 eq \f(4c-3,c-1)=4+log4c,得 eq \f(1,c-1)=log4c,所以考虑y= eq \f(1,x-1)(x>1)和y=logmx(m=2,3,4)的图象相交时,交点的横坐标的大小.在同一平面直角坐标系中,画出y=log2x,y=log3x,y=log4x与y= eq \f(1,x-1)(x>1)的图象,如图所示,根据图象可知a<b<c.
$$