内容正文:
构造法解f(x)与f'(x)共存问题
高考中有这样一类题型,题目中不是给出具体的函数解析式,而是给出函数f(x)及其导数满足的条件,需要据此条件构造抽象函数,再根据条件得出构造函数的单调性,应用单调性解决问题,该类试题具有一定的难度,下面总结了几种常见类型及解题方法.
一、利用f(x)与xn构造函数
利用f(x)与xn构造函数:
①出现nf(x)+xf'(x)形式,构造函数F(x)=xnf(x);
②出现xf'(x)-nf(x)形式,构造函数F(x)=.
【例1】已知偶函数f(x)(x≠0)的导函数为f'(x),且满足f(-1)=0,当x>0时,2f(x)>xf'(x),则使得f(x)>0成立的x的取值范围是 ;
【例2】设f(x)是定义在R上的偶函数,当x<0时,f(x)+xf'(x)<0,且f(-4)=0,则不等式xf(x)>0的解集是 .
【变式】设f(x)是定义在R上的偶函数,且f(1)=0,当x<0时,有xf'(x)-f(x)>0恒成立,则不等式f(x)>0的解集为 .
二、利用f(x)与ex构造函数
利用f(x)与ex构造函数:
①出现f'(x)-nf(x)的形式,构造函数F(x)=;
②出现f'(x)+nf(x)的形式,构造函数F(x)=f(x)enx.
【例3】已知函数f(x)在R上可导,其导函数为f'(x),且满足:(x-1)[f'(x)-f(x)]>0,f(2-x)=f(x)·e2-2x,则下列判断一定正确的是( )
A.f(1)<f(0) B.f(2)>e2f(0)
C.f(3)>e3f(0) D.f(4)<e4f(0)
【例4】若定义在R上的函数f(x)满足f'(x)-2f(x)>0,f(0)=1,则不等式f(x)>e2x的解集为 .
【变式】f(x)为定义在R上的可导函数,且f'(x)>f(x),对任意正实数a,下列式子一定成立的是 ( )
A.f(a)<eaf(0) B.f(a)>eaf(0)
C.f(a)< D.f(a)>
三、利用f(x)与sin x,cos x构造函数
利用f(x)与sin x,cos x构造函数的常见类型:
①由条件f'(x)sin x+f(x)cos x,一般构造函数F(x)=f(x)sin x;
②由条件f'(x)cos x-f(x)sin x,一般构造函数F(x)=f(x)cos x;
③由条件,一般构造函数F(x)=;
④由条件,一般构造函数F(x)=.
【例5】(多选)已知偶函数y=f(x)对于任意的x∈满足f'(x)·cos x+f(x)·sin x>0(其中f'(x)是函数f(x)的导函数),则下列不等式中成立的是 ( )
A.f<f
B.f>f
C.f(0)<f
D.f<f
【变式】已知函数f(x)定义在上,f'(x)是它的导函数,且恒有f(x)<f'(x)tan x成立,又知f=,则关于x的不等式f(x)>sin x的解集是 .
四、构造具体函数关系式
【例6】 若ln x-ln y<-(x>1,y>1),则 ( )
A.ey-x>1 B.ey-x<1
C.ey-x-1>1 D.ey-x-1<1
【变式】已知α,β∈,且αsin α-βsin β>0,则下列结论正确的是 ( )
A.α>β B.α2>β2
C.α<β D.α+β>0
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构造法解f(x)与f'(x)共存问题
高考中有这样一类题型,题目中不是给出具体的函数解析式,而是给出函数f(x)及其导数满足的条件,需要据此条件构造抽象函数,再根据条件得出构造函数的单调性,应用单调性解决问题,该类试题具有一定的难度,下面总结了几种常见类型及解题方法.
一、利用f(x)与xn构造函数
利用f(x)与xn构造函数:
①出现nf(x)+xf'(x)形式,构造函数F(x)=xnf(x);
②出现xf'(x)-nf(x)形式,构造函数F(x)=.
【例1】已知偶函数f(x)(x≠0)的导函数为f'(x),且满足f(-1)=0,当x>0时,2f(x)>xf'(x),则使得f(x)>0成立的x的取值范围是 ;
解析:构造F(x)=,则F'(x)=,当x>0时,xf'(x)-2f(x)<0,可以推出当x>0时,F'(x)<0,F(x)在(0,+∞)上单调递减.∵f(x)为偶函数,y=x2为偶函数,∴F(x)为偶函数,∴F(x)在(-∞,0)上单调递增.根据f(-1)=0可得F(-1)=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数F(x)的图象如图所示,根据图象可知f(x)>0的解集为(-1,0)∪(0,1).
【例2】设f(x)是定义在R上的偶函数,当x<0时,f(x)+xf'(x)<0,且f(-4)=0,则不等式xf(x)>0的解集是 .
解析:构造F(x)=xf(x),则F'(x)=f(x)+xf'(x),当x<0时,f(x)+xf'(x)<0,可以推出当x<0时,F'(x)<0,∴F(x)在(-∞,0)上单调递减.∵f(x)为偶函数,y=x为奇函数,∴F(x)为奇函数,∴F(x)在(0,+∞)上也单调递减.根据f(-4)=0可得F(-4)=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数F(x)的图象如图所示,根据图象可知xf(x)>0的解集为(-∞,-4)∪(0,4).
【变式】设f(x)是定义在R上的偶函数,且f(1)=0,当x<0时,有xf'(x)-f(x)>0恒成立,则不等式f(x)>0的解集为 .
解析:构造F(x)=,则F'(x)=,当x<0时,xf'(x)-f(x)>0,可以推出当x<0时,F'(x)>0,F(x)在(-∞,0)上单调递增.∵f(x)为偶函数,y=x为奇函数,∴F(x)为奇函数,∴F(x)在(0,+∞)上也单调递增.根据f(1)=0可得F(1)=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数F(x)的图象如图所示,根据图象可知f(x)>0的解集为(-∞,-1)∪(1,+∞).
答案:(-∞,-1)∪(1,+∞)
二、利用f(x)与ex构造函数
利用f(x)与ex构造函数:
①出现f'(x)-nf(x)的形式,构造函数F(x)=;
②出现f'(x)+nf(x)的形式,构造函数F(x)=f(x)enx.
【例3】已知函数f(x)在R上可导,其导函数为f'(x),且满足:(x-1)[f'(x)-f(x)]>0,f(2-x)=f(x)·e2-2x,则下列判断一定正确的是( )
A.f(1)<f(0) B.f(2)>e2f(0)
C.f(3)>e3f(0) D.f(4)<e4f(0)
解析:构造F(x)=,则F'(x)==,由(x-1)[f'(x)-f(x)]>0,则x>1时F'(x)>0,F(x)在(1,+∞)上单调递增.当x<1时F'(x)<0,F(x)在(-∞,1)上单调递减.又由f(2-x)=f(x)e2-2x⇔F(2-x)=F(x)⇒F(x)关于x=1对称,从而F(3)>F(0),即>,∴f(3)>e3f(0),故选C.
【例4】若定义在R上的函数f(x)满足f'(x)-2f(x)>0,f(0)=1,则不等式f(x)>e2x的解集为 .
解析:构造F(x)=,则F'(x)==,函数f(x)满足f'(x)-2f(x)>0,则F'(x)>0,F(x)在R上单调递增.又∵f(0)=1,则F(0)=1,f(x)>e2x⇔>1⇔F(x)>F(0),根据单调性得x>0.
【变式】f(x)为定义在R上的可导函数,且f'(x)>f(x),对任意正实数a,下列式子一定成立的是 ( )
A.f(a)<eaf(0) B.f(a)>eaf(0)
C.f(a)< D.f(a)>
解析:B 令g(x)=,则g'(x)==>0.∴g(x)在R上为增函数,又a>0,∴g(a)>g(0),即>.故f(a)>eaf(0).
三、利用f(x)与sin x,cos x构造函数
利用f(x)与sin x,cos x构造函数的常见类型:
①由条件f'(x)sin x+f(x)cos x,一般构造函数F(x)=f(x)sin x;
②由条件f'(x)cos x-f(x)sin x,一般构造函数F(x)=f(x)cos x;
③由条件,一般构造函数F(x)=;
④由条件,一般构造函数F(x)=.
【例5】(多选)已知偶函数y=f(x)对于任意的x∈满足f'(x)·cos x+f(x)·sin x>0(其中f'(x)是函数f(x)的导函数),则下列不等式中成立的是 ( )
A.f<f
B.f>f
C.f(0)<f
D.f<f
解析 ∵偶函数y=f(x)对于任意的x∈满足f'(x)·cos x+f(x)·sin x>0,且f'(x)·cos x+f(x)·sin x=f'(x)·cos x-f(x)·(cos x)',∴可构造函数g(x)=,则g'(x)=>0,∴g(x)为偶函数且在上单调递增,∴g=g==2f,g=g==f,g==f,由函数单调性可知g<g<g,即f<f<2f,∴B、D正确,A错误;对于C,g=g=f>g(0)=f(0),∴C正确,故选B、C、D.
答案 BCD
【变式】已知函数f(x)定义在上,f'(x)是它的导函数,且恒有f(x)<f'(x)tan x成立,又知f=,则关于x的不等式f(x)>sin x的解集是 .
解析:∵f(x)<f'(x)tan x,∴f'(x)sin x-f(x)cos x>0,令g(x)=,∴g'(x)=>0,∴g(x)在上为增函数,由f(x)>sin x,∴>1=,∴x>,∴不等式的解集为.
答案:
四、构造具体函数关系式
【例6】 若ln x-ln y<-(x>1,y>1),则 ( )
A.ey-x>1 B.ey-x<1
C.ey-x-1>1 D.ey-x-1<1
解析 依题意,ln x-<ln y-,令f(t)=t-(t≠0).则f'(t)=1+>0,∴f(t)在(-∞,0),(0,+∞)上单调递增;又x>1,y>1,得ln x>0,ln y>0,又ln x-<ln y-.则f(ln x)<f(ln y).又f(t)在(0,+∞)上单调递增.则ln x<ln y,∴1<x<y,即y-x>0,∴ey-x>e0=1,A正确,B不正确;又y-x-1无法确定与0的关系,故C、D不正确.
答案 A
【变式】已知α,β∈,且αsin α-βsin β>0,则下列结论正确的是 ( )
A.α>β B.α2>β2
C.α<β D.α+β>0
解析:B 构造函数f(x)=xsin x,则f'(x)=sin x+xcos x.当x∈时,f'(x)≥0,f(x)是增函数,当x∈时,f'(x)<0,f(x)是减函数,又f(x)为偶函数,∴αsin α-βsin β>0⇔αsin α>βsin β⇔f(α)>f(β)⇔f(|α|)>f(|β|)⇔|α|>|β|⇔α2>β2,故选B.
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$$构造法解 f(x)与 f'(x)共存问题
高考中有这样一类题型,题目中不是给出具体的函数解析式,而是给出函数 f(x)及其导
数满足的条件,需要据此条件构造抽象函数,再根据条件得出构造函数的单调性,应用单调性
解决问题,该类试题具有一定的难度,下面总结了几种常见类型及解题方法.
一、利用 f(x)与 xn构造函数
利用 f(x)与 xn构造函数:
①出现 nf(x)+xf'(x)形式,构造函数 F(x)=xnf(x);
②出现 xf'(x)-nf(x)形式,构造函数 F(x)=�(�)
��
.
【例 1】已知偶函数 f(x)(x≠0)的导函数为 f'(x),且满足 f(-1)=0,当 x>0时,2f
(x)>xf'(x),则使得 f(x)>0成立的 x 的取值范围是 ;
【例 2】设 f(x)是定义在 R 上的偶函数,当 x<0时,f(x)+xf'(x)<0,且 f(-4)=0,
则不等式 xf(x)>0的解集是 .
【变式】设 f(x)是定义在 R 上的偶函数,且 f(1)=0,当 x<0时,有 xf'(x)-f(x)>0
恒成立,则不等式 f(x)>0的解集为 .
二、利用 f(x)与 ex构造函数
利用 f(x)与 ex构造函数:
①出现 f'(x)-nf(x)的形式,构造函数 F(x)=�(�)
e��
;
②出现 f'(x)+nf(x)的形式,构造函数 F(x)=f(x)enx.
【例 3】已知函数 f(x)在 R 上可导,其导函数为 f'(x),且满足:(x-1)[f'(x)-f(x)]
>0,f(2-x)=f(x)·e2-2x,则下列判断一定正确的是( )
A.f(1)<f(0) B.f(2)>e2f(0)
C.f(3)>e3f(0) D.f(4)<e4f(0)
【例 4】若定义在 R 上的函数 f(x)满足 f'(x)-2f(x)>0,f(0)=1,则不等式 f(x)>
e2x的解集为 .
【变式】f(x)为定义在 R 上的可导函数,且 f'(x)>f(x),对任意正实数 a,下列式子一
定成立的是( )
A.f(a)<eaf(0) B.f(a)>eaf(0)
C.f(a)<�(0)
e�
D.f(a)>�(0)
e�
三、利用 f(x)与 sin x,cos x 构造函数
利用 f(x)与 sin x,cos x 构造函数的常见类型:
①由条件 f'(x)sin x+f(x)cos x,一般构造函数 F(x)=f(x)sin x;
②由条件 f'(x)cos x-f(x)sin x,一般构造函数 F(x)=f(x)cos x;
③由条件
�'(�)sin�-�(�)cos�
sin2�
,一般构造函数 F(x)=�(�)
sin�
;
④由条件
�'(�)cos�+�(�)sin�
cos2�
,一般构造函数 F(x)=�(�)
cos�
.
【例 5】(多选)已知偶函数 y=f(x)对于任意的 x∈ 0, π
2
满足 f'(x)·cos x+f(x)·sin x>0
(其中 f'(x)是函数 f(x)的导函数),则下列不等式中成立的是 ( )
A. 2f - π
3
<f π
4
B. 2f - π
3
>f π
4
C.f(0)< 2f - π
4
D.f π
6
< 3f π
3
【变式】已知函数 f(x)定义在 0, π
2
上,f'(x)是它的导函数,且恒有 f(x)<f'(x)tan x
成立,又知 f π
6
=
1
2
,则关于 x 的不等式 f(x)>sin x 的解集是 .
四、构造具体函数关系式
【例 6】 若 ln x-ln y< 1
ln�
-
1
ln�
(x>1,y>1),则( )
A.ey-x>1 B.ey-x<1
C.ey-x-1>1 D.ey-x-1<1
【变式】已知α,β∈ - π
2
, π
2
,且αsin α-βsin β>0,则下列结论正确的是 ( )
A.α>β B.α2>β2
C.α<β D.α+β>0
构造法解 f(x)与 f'(x)共存问题
高考中有这样一类题型,题目中不是给出具体的函数解析式,而是给出函数 f(x)及其导
数满足的条件,需要据此条件构造抽象函数,再根据条件得出构造函数的单调性,应用单调性
解决问题,该类试题具有一定的难度,下面总结了几种常见类型及解题方法.
一、利用 f(x)与 xn构造函数
利用 f(x)与 xn构造函数:
①出现 nf(x)+xf'(x)形式,构造函数 F(x)=xnf(x);
②出现 xf'(x)-nf(x)形式,构造函数 F(x)=�(�)
��
.
【例 1】已知偶函数 f(x)(x≠0)的导函数为 f'(x),且满足 f(-1)=0,当 x>0时,2f
(x)>xf'(x),则使得 f(x)>0成立的 x的取值范围是 ;
解析:构造 F(x)=�(�)
�2
,则 F'(x)=�'(�)·�-2�(�)
�3
,当 x>0时,xf'(x)-2f(x)<0,可以推
出当 x>0时,F'(x)<0,F(x)在(0,+∞)上单调递减.∵f(x)为偶函数,y=x2为偶函
数,∴F(x)为偶函数,∴F(x)在(-∞,0)上单调递增.根据 f(-1)=0可得 F(-1)
=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数 F(x)的图象如图所示,根据图象可知 f(x)>0
的解集为(-1,0)∪(0,1).
【例 2】设 f(x)是定义在 R 上的偶函数,当 x<0时,f(x)+xf'(x)<0,且 f(-4)=0,
则不等式 xf(x)>0的解集是 .
解析:构造 F(x)=xf(x),则 F'(x)=f(x)+xf'(x),当 x<0时,f(x)+xf'(x)<
0,可以推出当 x<0时,F'(x)<0,∴F(x)在(-∞,0)上单调递减.∵f(x)为偶函数,
y=x为奇函数,∴F(x)为奇函数,∴F(x)在(0,+∞)上也单调递减.根据 f(-4)=0
可得 F(-4)=0,根据函数的单调性、奇偶性可得函数 F(x)的图象如图所示,根据图象
可知 xf(x)>0的解集为(-∞,-4)∪(0,4).
【变式】设 f(x)是定义在 R 上的偶函数,且 f(1)=0,当 x<0时,有 xf'(x)-f(x)>0
恒成立,则不等式 f(x)>0的解集为 .
解析:构造 F(x)=�(�)
�
,则 F'(x)=�'(�)·�-�(�)
�2
,当 x<0时,xf'(x)-f(x)>0,可以推出
当 x<0时,F'(x)>0,F(x)在(-∞,0)上单调递增.∵f(x)为偶函数,y=x为奇函数,
∴F(x)为奇函数,∴F(x)在(0,+∞)上也单调递增.根据 f(1)=0可得 F(1)=0,
根据函数的单调性、奇偶性可得函数 F(x)的图象如图所示,根据图象可知 f(x)>0的解集
为(-∞,-1)∪(1,+∞).
答案:(-∞,-1)∪(1,+∞)
二、利用 f(x)与 ex构造函数
利用 f(x)与 ex构造函数:
①出现 f'(x)-nf(x)的形式,构造函数 F(x)=�(�)
e��
;
②出现 f'(x)+nf(x)的形式,构造函数 F(x)=f(x)enx.
【例 3】已知函数 f(x)在 R 上可导,其导函数为 f'(x),且满足:(x-1)[f'(x)-f(x)]
>0,f(2-x)=f(x)·e2-2x,则下列判断一定正确的是( )
A.f(1)<f(0) B.f(2)>e2f(0)
C.f(3)>e3f(0) D.f(4)<e4f(0)
解析:构造 F(x)=�(�)
e�
,则 F'(x)=e
��'(�)-e��(�)
e2�
=
�'(�)-�(�)
e�
,由(x-1)[f'(x)-f(x)]>0,
则 x>1时 F'(x)>0,F(x)在(1,+∞)上单调递增.当 x<1时 F'(x)<0,F(x)在(-
∞,1)上单调递减.又由 f(2-x)=f(x)e2-2x⇔F(2-x)=F(x)⇒F(x)关于 x=1对称,
从而 F(3)>F(0),即�(3)
e3
>
�(0)
e0
,∴f(3)>e3f(0),故选 C.
【例 4】若定义在 R 上的函数 f(x)满足 f'(x)-2f(x)>0,f(0)=1,则不等式 f(x)>
e2x的解集为 .
解析:构造 F(x)=�(�)
e2�
,则 F'(x)=e
2��'(�)-2e2��(�)
e4�
=
�'(�)-2�(�)
e2�
,函数 f(x)满足 f'(x)-2f(x)
>0,则 F'(x)>0,F(x)在 R上单调递增.又∵f(0)=1,则 F(0)=1,f(x)>e2x⇔�(�)
e2�
>1⇔F(x)>F(0),根据单调性得 x>0.
【变式】f(x)为定义在 R 上的可导函数,且 f'(x)>f(x),对任意正实数 a,下列式子一
定成立的是( )
A.f(a)<eaf(0) B.f(a)>eaf(0)
C.f(a)<�(0)
e�
D.f(a)>�(0)
e�
解析:B 令 g(x)=�(�)
e�
,则 g'(x)=�'(�)e
�-�(�)e�
(e�)2
=
�'(�)-�(�)
e�
>0.∴g(x)在 R上为增函数,又
a>0,∴g(a)>g(0),即�(�)
e�
>
�(0)
e0
.故 f(a)>eaf(0).
三、利用 f(x)与 sin x,cos x构造函数
利用 f(x)与 sin x,cos x构造函数的常见类型:
①由条件 f'(x)sin x+f(x)cos x,一般构造函数 F(x)=f(x)sin x;
②由条件 f'(x)cos x-f(x)sin x,一般构造函数 F(x)=f(x)cos x;
③由条件
�'(�)sin�-�(�)cos�
sin2�
,一般构造函数 F(x)=�(�)
sin�
;
④由条件
�'(�)cos�+�(�)sin�
cos2�
,一般构造函数 F(x)=�(�)
cos�
.
【例 5】(多选)已知偶函数 y=f(x)对于任意的 x∈ 0, π
2
满足 f'(x)·cos x+f(x)·sin x>0
(其中 f'(x)是函数 f(x)的导函数),则下列不等式中成立的是 ( )
A. 2f - π
3
<f π
4
B. 2f - π
3
>f π
4
C.f(0)< 2f - π
4
D.f π
6
< 3f π
3
解析 ∵偶函数 y=f(x)对于任意的 x∈ 0, π
2
满足 f'(x)·cos x+f(x)·sin x>0,且 f'(x)·cos
x+f(x)·sin x=f'(x)·cos x-f(x)·(cos x)',∴可构造函数 g(x)=�(�)
cos�
,则 g'(x)=�'(�)cos�+�(�)sin�
cos2�
>0,∴g(x)为偶函数且在 0, π
2
上单调递增,∴g - π
3
=g π
3
=
� π3
cos π3
=2f π
3
,g - π
4
=g π
4
=
� π4
cos π4
= 2f π
4
,g π
6
=
� π6
cos π6
=
2 3
3
f π
6
,由函数单调性可知 g π
6
<g π
4
<g π
3
,即
2 3
3
f π
6
< 2f π
4
<
2f π
3
,∴B、D正确,A错误;对于 C,g - π
4
=g π
4
= 2f - π
4
>g(0)=f(0),∴C正确,
故选 B、C、D.
答案 BCD
【变式】已知函数 f(x)定义在 0, π
2
上,f'(x)是它的导函数,且恒有 f(x)<f'(x)tan x
成立,又知 f π
6
=
1
2
,则关于 x的不等式 f(x)>sin x的解集是 .
解析:∵f(x)<f'(x)tan x,∴f'(x)sin x-f(x)cos x>0,令 g(x)=�(�)
sin�
,∴g'(x)=�'(�)sin�-�(�)cos�
sin2�
>0,∴g(x)在 0, π
2
上为增函数,由 f(x)>sin x,∴�(�)
sin�
>1=
� π6
sin π6
,∴x>π
6
,∴不等式的解
集为
π
6
, π
2
.
答案:
π
6
, π
2
四、构造具体函数关系式
【例 6】 若 ln x-ln y< 1
ln�
-
1
ln�
(x>1,y>1),则( )
A.ey-x>1 B.ey-x<1
C.ey-x-1>1 D.ey-x-1<1
解析 依题意,ln x- 1
ln�
<ln y- 1
ln�
,令 f(t)=t-1
�
(t≠0).则 f'(t)=1+ 1
�2
>0,∴f(t)在
(-∞,0),(0,+∞)上单调递增;又 x>1,y>1,得 ln x>0,ln y>0,又 ln x- 1
ln�
<ln y
-
1
ln�
.则 f(ln x)<f(ln y).又 f(t)在(0,+∞)上单调递增.则 ln x<ln y,∴1<x<y,即
y-x>0,∴ey-x>e0=1,A正确,B不正确;又 y-x-1无法确定与 0的关系,故 C、D不正
确.
答案 A
【变式】已知α,β∈ - π
2
, π
2
,且αsin α-βsin β>0,则下列结论正确的是 ( )
A.α>β B.α2>β2
C.α<β D.α+β>0
解析:B 构造函数 f(x)=xsin x,则 f'(x)=sin x+xcos x.当 x∈ 0, π
2
时,f'(x)≥0,f(x)
是增函数,当 x∈ - π
2
,0 时,f'(x)<0,f(x)是减函数,又 f(x)为偶函数,∴αsin α-βsin
β>0⇔αsin α>βsin β⇔f(α)>f(β)⇔f(|α|)>f(|β|)⇔|α|>|β|⇔α2>β2,故
选 B.