内容正文:
提升课4 构造抽象函数解决不等式问题
第三章 一元函数的导数及其应用
考点一 利用f(x)与xn构造函数
[例1] 已知定义在R上的奇函数f(x)的图象是一条连续不断的曲线,f'(x)是f(x)的导函数,当x>0时,3f(x)+xf'(x)>0,且f(2)=2,则不等式(x+1)3f(x+1)>16的解集为( )
A.(1,+∞) B.(-∞,-2)∪(2,+∞)
C.(-∞,1) D.(-∞,-3)∪(1,+∞)
D
[解析] 由已知可构造函数g(x)=x3f(x),求导得g'(x)=3x2f(x)+x3f'(x)=x2[3f(x)+xf'(x)].因为当x>0时,3f(x)+xf'(x)>0,所以g(x)在(0,+∞)上单调递增.
又f(x)为奇函数,且图象连续不断,定义域关于原点对称,所以g(x)为偶函数.因为f(2)=2,所以(x+1)3f(x+1)>23f(2),即g(x+1)>g(2),所以|x+1|>2,解得x<-3或x>1.
方法总结
1.对于xf'(x)+f(x)>0(<0),构造g(x)=x·f(x).
2.对于xf'(x)+kf(x)>0(<0),构造g(x)=xk·f(x).
3.对于xf'(x)-f(x)>0(<0),构造g(x)=.
4.对于xf'(x)-kf(x)>0(<0),构造g(x)=.
跟踪训练
1.定义在(0,+∞)上的函数f(x)的导函数为f'(x),且xf'(x)-f(x)<0.若g(x)=,则不等式g(2x)-g(x+2)<0的解集为 .
(2,+∞)
解析:由函数g(x)=,
可得g'(x)=.
因为xf'(x)-f(x)<0,可得g'(x)<0,所以g(x)在(0,+∞)上单调递减,
不等式g(2x)-g(x+2)<0等价于g(2x)<g(x+2),所以
解得x>2,所以不等式的解集为(2,+∞).
考点二 利用f(x)与ex构造函数
[例2] (多选)已知函数f(x)的定义域为R,其导函数为f'(x),且f'(x)+2f(x)=x,f(0)=-,则( )
A.f(-1)>-2
B.f(1)>-1
C.f(x)在(-∞,0)上单调递减
D.f(x)在(0,+∞)上单调递增
ABD
[解析] 构造函数F(x)=e2xf(x),则F'(x)=e2xf'(x)+2e2xf(x)=x·e2x,所以F(x)在(-∞,0)上单调递减,在(0,+∞)上单调递增.又F(0)=e0f(0)=-,则F(-1)>F(0),即e-2f(-1)>-,所以f(-1)>->-2,故A正确;
F(1)>F(0),即e2f(1)>-,所以f(1)>->-1,故B正确;
由f(x)=,得f'(x)==,设g(x)=x·e2x-2F(x),则g'(x)=(1+2x)·e2x-2F'(x)=e2x>0,所以g(x)在R上单调递增,g(0)=0-2F(0)= >0,所以在(0,+∞)上f'(x)>0,f(x)单调递增,故D正确;
在(-∞,0)上f'(x)的符号不确定,故C错误.
方法总结
1.对于f'(x)+f(x)>0(<0),构造g(x)=ex·f(x).
2.对于f'(x)+kf(x)>0(<0),构造g(x)=ekx·f(x).
3.对于f'(x)-f(x)>0(<0),构造g(x)=.
4.对于f'(x)-kf(x)>0(<0),构造g(x)=.
跟踪训练
2.已知函数f(x)的定义域为R,其导函数f'(x)满足f(x)>f'(x),则( )
A.f(1)>ef(0) B.f(1)<ef(0)
C.ef(ln 2)<2f(1) D.f(2)>ef(1)
B
解析:构造函数g(x)=,x∈R,
则g'(x)=<0,所以函数g(x)为R上的减函数,
则g(1)<g(0),即<f(0),所以f(1)<ef(0),A错误,B正确;
因为ln 2<ln e=1,所以g(ln 2)>g(1),即>,
所以ef(ln 2)>2f(1),C错误;
因为g(2)<g(1),可得<,所以f(2)<ef(1),D错误.
考点三 利用f(x)与sin x,cos x构造函数
[例3] 已知定义在(0,)上的函数f(x),f'(x)是f(x)的导函数,且f'(x)<-tan x·f(x)恒成立,则( )
A.f()>f() B.f()>f()
C.f()>f() D.f()<f()
C
[解析] 因为当x∈(0,)时,cos x>0,
所以f'(x)<-tan x·f(x)可化为f'(x)+tan x·f(x)<0,
设g(x)=,x∈(0,),
则g'(x)=[]'==<0,
所以函数g(x)在(0,)上单调递减.
因为<<,所以g()>g()>g(),
所以>>,
即f()>f()>2f().
对于A,因为f()>f(),故f()>f()不一定成立,A错误;
对于B,因为f()>3f(),故f()>f()不一定成立,B错误;
对于C,f()>f()成立,C正确;
对于D,f()>f(),D错误.
方法总结
1.对于sin x·f'(x)+cos x·f(x)>0(<0),构造g(x)=f(x)·sin x.
2.对于sin x·f'(x)-cos x·f(x)>0(<0),构造g(x)=.
3.对于cos x·f'(x)-sin x·f(x)>0(<0),构造g(x)=f(x)·cos x.
4.对于cos x·f'(x)+sin x·f(x)>0(<0),构造g(x)=.
跟踪训练
3.已知函数y=f(x)对∀x∈(0,π)满足f'(x)sin x-f(x)cos x=-1,其中f'(x)是f(x)的导数,则下列不等式恒成立的是 ( )
A.f()<f() B.f()<f()
C.f()<f() D.f()<f()
A
解析:因为x∈(0,π),令g(x)=,求导得g'(x)==,
当x∈(0,1)时,g'(x)>0,当x∈(1,π)时,g'(x)<0,因此函数g(x)在(0,1)上单调递增,在(1,π)上单调递减.
对于A,0<<<1,则g()<g(),即f()<f(),A正确;
对于B,1<<<π,则g()>g(),即f()>f(),B错误;
对于C,1<<<π,则g()>g(),即f()>f(),C错误;
对于D,1<<<π,则g()>g(),
即f()>f(),D错误.
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