内容正文:
微专题07 构造函数与放缩综合比大小讲义
微专题教学内容
1. 两类经典超越不等式
,,,
2. 泰勒不等式
(1),其中;
(2),其中;
(3),其中;
(4),其中;
(5);
(6);
(7);
(8).
由泰勒公式,我们得到如下常用的不等式:
,,,
,,,
,,.
3. 不等式放缩
,,
,,
,
,
放缩程度综合
,
4. 帕德近似
帕德近似是法国数学家帕德发明的用多项式近似特定函数的方法.
给定两个正整数m,n,函数在处的阶帕德近似定义为:
,
且满足:,,,…,.
注:,,,
典例精讲
【典例1】
设,则( )
A. B. C. D.
【法一】分析法
假设待证法比较大小→构造函数
假设成立,即
令,则等价证明:,即证:(原式得证,略)
假设成立,即
令,则等价证明:,
证明略
所以函数在单调递增,
所以,即:,所以假设不成立,即,
综上所述:,故选:C
【法二】构造法
设,因为,
当时,,当时,
所以函数在单调递减,在上单调递增,
所以,所以,故,即,
所以,所以,故,所以,
故,
设,则,
令,,
当时,,函数单调递减,
当时,,函数单调递增,
又,
所以当时,,
所以当时,,函数单调递增,
所以,即,所以
故选:C.
会一题通一类
1.,则( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】令,利用导数研究函数的单调性可得到,即可判断、的大小关系;构造函数判断与0.1的大小,构造函数判断0.1与大小,从而可判断b、c大小.
【详解】令,,则,
所以当时,即在上单调递增,
所以,即,即,即,
令,则,
在时,,则为减函数,
∴,即;
令,,则,
故在为减函数,
∴,即;
∴,
令,则,即,∴,
所以.
故选:D.
【点睛】结论点睛:常用的不等式:,,,,,.
2.已知,,,则a,b,c的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】设,对求导,得到的单调性的最值,结合对数函数和三角函数的性质,即可证明,再证明,令,通过指数和对数函数的运算性质可证明,即可得出答案.
【详解】设,,
当时,;当时,,
所以在上单调递增,在上单调递减,
所以,所以,
,
又,则,
,所以,
对于,令,则,
此时,
所以.
故选:A.
【点睛】方法点睛:对于比较实数大小方法:
(1)利用基本函数的单调性,根据函数的单调性判断,
(2)利用中间值“1”或“0”进行比较,
(3)构造函数利用函数导数及函数单调性进行判断.
【典例2】
在数学中,泰勒公式是一个用函数在某点的信息描述其附近取值的公式.其中,.
通过这些公式可以计算一些无理数的近似值.将该公式运用到计算工具中,当计算的项足够多时,可以确保显示值的精确性,已知,,.根据以上公式,则这三个数的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】化简,再利用泰勒公式近似求出的值,再比大小即可.
【详解】由题意可得,,
,
又,则.
故选:C
会一题通一类
已知,,,则,,的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用泰勒放缩,即可比较大小.
【详解】,
,
,
∴.
故选:D.
【典例3】
设,则( )
A. B. C. D.
详解:因为,
所以,即
因为,
所以,即
综上所述:,故选:C
会一题通一类
已知,则( )
A. B. C. D.
思路详解:【法一】:不等式放缩一
因为当,
取得:,故
,其中,且
当时,,及
此时,
故,故
所以,所以,故选A
【法二】不等式放缩二
因为,因为当,所以,即,所以;因为当,取得,故,所以.
故选:A.
【典例4】
已知,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】依据帕德近似公式a、b,然后比较即可.
【详解】利用帕德逼近,得,
,,综上,.
故选:B
会一题通一类
已知,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】应用帕德逼近估算各值的近似值,比较大小关系.
【详解】,,
,
综上,.
故选:B
【典例5】
已知,记,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】利用指数和对数运算,先估算出的取值范围,再用对数运算来估算和,即可得到判断.
【详解】由换底公式等价变形得:,
因为,两边取以7为底的对数可得:,
又因为,两边取以7为底的对数可得:,
可知,
由,可得,
由,可得,
从而可得,
故选:C.
【点睛】关键点点睛:关键是借助已知数据和指数对数运算,可以估算出,从而可以让与有理数进行大小比较.
会一题通一类
(多选)已知正数a,b满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】ACD
【分析】对于AB,由已知条件得,构造函数,利用其单调性进行判断,对于C,由幂函数的单调性结合进行判断,对于D,由已知可得,再结合的单调性分析判断.
【详解】对于AB,由得,,
所以,
设,因为和在上单调递增,
所以在上单调递增,又,
所以,所以A正确,B错误;
对于C,因为幂函数在上单调递减,所以,即,C正确;
对于D,因为,所以,因为,
所以,
由选项AB可知在上单调递增,所以,D正确.
故选:ACD.
【典例6】
若实数,,满足,则,,的大小关系不可能是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据给定条件,求出的函数关系,再在同一坐标系内作出函数图象,数形结合即可判断.
【详解】令,得,
在同一坐标系内作出函数的图象,
则分别是函数的图象与直线交点的纵坐标,
观察图象得,当时,;当时,;当时,,
因此ABC都可能,D不可能.
故选:D
会一题通一类
设,则x,y,z的大小关系不可能是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令,可得x,y,z的表达式,取,根据对数函数的单调性,可得x最大,分别比较与和与的大小,即可判断A的正误;取,根据对数函数的单调性,分析比较,可判断B的正误;取极小正数,根据对数的运算性质,分析比较,可判断C的正误;求出成立的必要条件是,构造函数,利用导数求得的单调性,根据对数的运算性质,可得和不可能同时成立,即可判断D的正误.
【详解】令,则,,.其中.
取,此时,,
,此时x最大.
又与比较,等价于比较7与,等价于比较49与27大小,故.
同理比较与,可得,故,故.
综上,当时,.故A是可能的.
取.此时,,,故且.
比较y和z,即与,,且是增函数,
所以,又底数,所以,故.
综上,当时,.故B是可能的.
取极小正数,取,此时,,,易知x最小.
现在比较和,即比较与,即和,比较和,
易知,故.
综上,取,.故C是可能的.
下面证明D选项不可能.若,则和同时成立.
若,则.
当时,,当时,,
同理可得,故存在,使得,
所以成立的必要条件是.
若,则,设,
则,且取时,,
等价于,
又,等价于,,易知其在时成立,
已证当时,,所以在上单调递增,
因为,所以当时,,即恒成立,
故和不可能同时成立,即D不可能.
故选:D.
【典例7】
已知函数,若,,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】利用导数确定函数的单调性,再构造函数并借助媒介数比较的大小即可.
【详解】函数的定义域为,求导得,
函数在上单调递增,,则;
令函数,求导得,
令函数,求导得,令函数,
求导得,函数在上递增,,函数在上递增,
,函数在上递增,,,则;
令函数,求导得,
函数在上递减,,即,则,
因此,所以.
故选:A
会一题通一类
已知任意正实数满足,则下列结论中一定正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】利用抽象函数赋值的方法,结合具体的函数和进行验证,结合递推关系进行严格证明即可.
【详解】令 ,对任意 ,有:
由此可得递推关系:,进而推出对于正整数,.
下面验证更一般情况.
假设,代入条件得.代入不等式得:
因此,且(因).
例如,取,则,满足,但,
说明选项A不一定成立,但B成立.
若,满足,且对 有:
此时,选项B成立,但,选项C不成立.
下面严格证明选项B
对于满足条件的任意函数,令,则:
递推可得,因此选项B 一定正确.
综上,只有选项 B()在所有情况下成立.
故选:B.
学后测评
一、单选题
1.(2025·山东·模拟预测)已知实数满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】构造函数,利用导数判断函数单调性, 确定a范围; 由对数函数的单调性判断的单调性,确定b的范围,利用指数函数的单调性判断单调性, 确定c范围, 最终确定a,b,c的大小.
【详解】单调递增,
因为 且
且, 故,
令, 因为, 在均单调递增, 则在单调递增,
因为
且, 故, 即 ;
令, 因为, 在R上单调递减, 故单调递减,
因为 且, 则 ,
因此.
故选:D.
2.(2025·甘肃平凉·模拟预测)已知函数,若,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】先判断函数的奇偶性,再分析其在时的单调性,同时分析函数的单调性,进而比较自变量的大小,最后根据的单调性得出函数值的大小关系.
【详解】因为,所以为偶函数,
当时,则,所以.
令,则,
令,解得;令0,解得,
所以在上单调递减,在上单调递增,可得,即在上恒成立,故在上单调递增.
令,则,所以当时,,函数单调递减,当时,,函数单调递增,
又,所以,即,
所以,所以,即.
故选:D.
3.(2025·山东济南·二模)已知,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】构造函数,令,利用导数讨论其单调性,进而可求解.
【详解】,
构造函数,,则,
当时,;当时,,
故函数在上单调递增,在上单调递减,
由于,,且,
则,即,
又,
所以.
故选:A.
4.(24-25高二下·湖北·期中)已知函数..为定义在上的偶函数,当时,,则下列正确的为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据给定条件,构造函数,探讨函数的奇偶性、单调性,再逐项判断作答.
【详解】令函数,而函数是偶函数,则,
即函数是奇函数,当时,求导得,
即函数在上递增,则在上递增,
因为,所以,即,
所以,虽然,但不能确定与的大小,故ABC错误,D正确.
故选:D.
5.(2024·河北沧州·模拟预测)已知函数定义域为,且函数与均为偶函数,当时,是减函数,设,,,则a,b,c的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据题意,由条件可得函数是周期为2的函数,则可得,,
【详解】因为函数是偶函数,则,
又函数为偶函数,则,
即,所以函数是周期为2的函数,
则,,
且当时,是减函数,
由可得,即.
故选:C
6.(24-25高三上·江苏南通·月考)若正数,,满足(为自然对数底数),则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】令可知在上单调递增,即可判断,再令,即可判断.
【详解】令,显然在上单调递增,
又,,为正数,所以,即,所以,
令,则在上单调递增,又,即,所以,
综上可得.
故选:D
7.(24-25高三上·江西新余·月考)设,,,则的大小关系为:( ).
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】分别构造函数,,利用导数求导,得单调性求解即可.
【详解】令,求导得,,,
当时,,函数在单调递减,
当时,,函数在单调递增,
所以,所以,当且仅当,时等号成立,所以,
所以,设,则,
记,则,记,
则,所以在上单调递增,
故时,,即,
所以在上单调递增,故时,,
即,所以在上单调递增,
故时,,即,所以,
又,所以,即,所以.
故选:A
8.(2025·湖南邵阳·一模)定义在上的偶函数,其导函数为.若,恒成立,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】构造函数,根据函数的奇偶性比较三个数的大小.
【详解】构造函数,
则,故函数在上递增,
所以,
又,,,
所以,
又是偶函数,则
,
所以,,,.
故选:B.
9.(2025·海南·模拟预测)若,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据给定条件,构造函数利用导数确定单调性,进而比较函数值大小.
【详解】依题意,,
令,则,在上单调递增,
则,即,因此,即;
令,则当时,,函数在上单调递增,
则,因此,即.2,即,
所以.
故选:D
【点睛】思路点睛:构造函数是基本的解题思路,因此观察题目所给的数的结构特点,以及数与数之间的内在联系,合理构造函数,利用导数判断单调性是解题的关键.
10.(2025·山东日照·一模)定义在上的函数满足以下条件:①;②对任意,当时都有.则的大小关系是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【分析】根据等式判断函数的奇偶性,根据不等式判断函数的单调性,结合函数的奇偶性和单调性进行比较大小即可.
【详解】因为定义在上的函数满足条件,
所以函数是偶函数,
对任意,当时都有,
所以不妨设,则有,
因此时,函数是增函数,
因为函数是偶函数,
所以,,
因为时,函数是增函数,
所以,即,
故选:A
11.(2025·重庆·三模)设则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】令,求导分析单调性,再结合和对数的性质比较可得.
【详解】令,则,
所以在上单调递增,
所以,即,
又,即,可得,
,所以,
综上.
故选:B.
12.(2025·海南·模拟预测)已知函数,设,则( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】根据导函数和导函数值,求出函数解析式,通过导函数求出函数单调性,再构造函数比较三个数值的大小,通过函数单调性,写出三个函数值的大小关系.
【详解】由题意得,,代入得 ,解得,可得,,
令,,
可知在上,,在上单调递增,
在上,,在上单调递减,在处取得最大值,,
所以在上,则,所以在上单调递减,
设,可知,
则当时,,当时,,所以在上单调递增,在上单调递减.
所以,所以,
令,则,
令,则,
当时,,在上单调递增,当时,,在上单调递减,
由可知,当时,,即,所以在上单调递增,得,即,
综上可知,,由在上单调递减得.
故选:D.
二、多选题
13.(2025·湖北恩施·模拟预测)下列不等关系中,正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】ACD
【分析】通过构造函数,借助导数研究单调性,代特殊值,即可比较大小.
【详解】对A,由三角函数线可知当时,,
令,可得,所以,故A对;
对B,构造函数,则,
当时,,在上单调递减,
当时,,在上单调递增,
所以,
所以当且时,,
令,可得,即,故B错;
对C,因为当且时,,故,
所以当且时,,
令,得,即,故C对.
对D, 构造函数,,
则,,
所以在单调递增,故,即,
令,得,故D对.
故选:ACD.
14.(2025·陕西咸阳·模拟预测)已知正数a,b满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】ACD
【分析】对于AB,由已知条件得,构造函数,利用其单调性进行判断,对于C,由幂函数的单调性结合进行判断,对于D,由已知可得,再结合的单调性分析判断.
【详解】对于AB,由得,,
所以,
设,因为和在上单调递增,
所以在上单调递增,又,
所以,所以A正确,B错误;
对于C,因为幂函数在上单调递减,所以,即,C正确;
对于D,因为,所以,因为,
所以,
由选项AB可知在上单调递增,所以,D正确.
故选:ACD.
15.(2025·云南昭通·一模)函数的定义域为,在区间上单调递增,且满足,函数为奇函数,下列结论正确的是( )(注)
A. B.
C. D.
【答案】BD
【分析】结合已知条件,得到函数的对称中心,对称轴,以及周期;然后由周期性和单调性可得A错误;由对称性和单调性可得B正确;由对称性和对数函数的运算可得C错误;由函数的单调性结合对数函数的运算和三角函数的单调性可得D正确;
【详解】为奇函数,则关于点中心对称,则,
又因为,令则,则故则关于直线轴对称.
又因为,故,则的周期为8.
对于A:则,又因为在区间上单调递增,则故A错误;
对于B:关于点中心对称,则,而在上也单调递增,故,则,故B正确;
对于C:在上也单调递增,故C错误;
对于D:则
而在上也单调递增,则,故D正确.
故选:BD.
【点睛】关键点点睛:本题的关键是能够利用已知得到函数的对称轴,对称中心.
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微专题07 构造函数与放缩综合比大小讲义
微专题教学内容
1. 两类经典超越不等式
,,,
2. 泰勒不等式
(1),其中;
(2),其中;
(3),其中;
(4),其中;
(5);
(6);
(7);
(8).
由泰勒公式,我们得到如下常用的不等式:
,,,
,,,
,,.
3. 不等式放缩
,,
,,
,
,
放缩程度综合
,
4. 帕德近似
帕德近似是法国数学家帕德发明的用多项式近似特定函数的方法.
给定两个正整数m,n,函数在处的阶帕德近似定义为:
,
且满足:,,,…,.
注:,,,
典例精讲
【典例1】
设,则( )
A. B. C. D.
会一题通一类
1.,则( )
A. B.
C. D.
2.已知,,,则a,b,c的大小关系为( )
A. B.
C. D.
【典例2】
在数学中,泰勒公式是一个用函数在某点的信息描述其附近取值的公式.其中,.
通过这些公式可以计算一些无理数的近似值.将该公式运用到计算工具中,当计算的项足够多时,可以确保显示值的精确性,已知,,.根据以上公式,则这三个数的大小关系为( )
A. B. C. D.
会一题通一类
已知,,,则,,的大小关系为( )
A. B. C. D.
【典例3】
设,则( )
A. B. C. D.
会一题通一类
已知,则( )
A. B. C. D.
【典例4】
已知,,,则( )
A. B. C. D.
会一题通一类
已知,,,则( )
A. B. C. D.
【典例5】
已知,记,,,则( )
A. B. C. D.
会一题通一类
(多选)已知正数a,b满足,则( )
A. B. C. D.
【典例6】
若实数,,满足,则,,的大小关系不可能是( )
A. B. C. D.
会一题通一类
设,则x,y,z的大小关系不可能是( )
A. B. C. D.
【典例7】
已知函数,若,,,则( )
A. B.
C. D.
会一题通一类
已知任意正实数满足,则下列结论中一定正确的是( )
A. B. C. D.
学后测评
一、单选题
1.(2025·山东·模拟预测)已知实数满足,则( )
A. B. C. D.
2.(2025·甘肃平凉·模拟预测)已知函数,若,则的大小关系为( )
A. B.
C. D.
3.(2025·山东济南·二模)已知,则的大小关系为( )
A. B. C. D.
4.(24-25高二下·湖北·期中)已知函数..为定义在上的偶函数,当时,,则下列正确的为( )
A. B.
C. D.
5.(2024·河北沧州·模拟预测)已知函数定义域为,且函数与均为偶函数,当时,是减函数,设,,,则a,b,c的大小关系为( )
A. B.
C. D.
6.(24-25高三上·江苏南通·月考)若正数,,满足(为自然对数底数),则( )
A. B. C. D.
7.(24-25高三上·江西新余·月考)设,,,则的大小关系为:( ).
A. B.
C. D.
8.(2025·湖南邵阳·一模)定义在上的偶函数,其导函数为.若,恒成立,则( )
A. B.
C. D.
9.(2025·海南·模拟预测)若,则( )
A. B. C. D.
10.(2025·山东日照·一模)定义在上的函数满足以下条件:①;②对任意,当时都有.则的大小关系是( )
A. B.
C. D.
11.(2025·重庆·三模)设则( )
A. B.
C. D.
12.(2025·海南·模拟预测)已知函数,设,则( )
A. B.
C. D.
二、多选题
13.(2025·湖北恩施·模拟预测)下列不等关系中,正确的是( )
A. B.
C. D.
14.(2025·陕西咸阳·模拟预测)已知正数a,b满足,则( )
A. B. C. D.
15.(2025·云南昭通·一模)函数的定义域为,在区间上单调递增,且满足,函数为奇函数,下列结论正确的是( )(注)
A. B.
C. D.
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