函式與方程數學思想方法是新課標要求的一種重要的數學思想方法,建構函式法便是其中的一種,下面就源於兩個重要極限的不等式利用近三年高考題舉例加以說明。
1.設函式在r上的導函式為,且,下面的不等式在r上恆成立的是
a. b. c. d.
【答案】a
【解析】由已知,首先令得,排除b,d.
令,則,
① 當時,有,所以函式單調遞增,所以當時,,從而.
② 當時,有,所以函式單調遞減,所以當時,,從而.綜上.故選a.
【考點定位】本試題考察了導數來解決函式單調性的運用.通過分析解析式的特點,考查了分析問題和解決問題的能力.
2.已知函式,.
(ⅰ)討論函式的單調性;
(ⅱ)證明:若,則對任意,,有.
解:(ⅰ)的定義域為.
2分(i)若即,則,
故在單調增加.
(ii)若,而,故,則當時,;
當及時,.故在單調減少,
在單調增加.
(iii)若,即,同理可得在單調減少,在單調增加.
(ii)考慮函式.
則 .
由於故,即在單調增加,從而當時有
,即,故,當時,有12分
3.已知曲線.從點向曲線引斜率為
的切線,切點為.
(1)求數列的通項公式;
(2)證明:.
【解析】曲線是圓心為,半徑為的圓,切線
(ⅰ)依題意有,解得,又,
聯立可解得,
(ⅱ),
先證:,
證法一:利用數學歸納法
當時,,命題成立,
假設時,命題成立,即,
則當時,
∵,故. ∴當時,命題成立
故成立.
證法二:,,
下證:.
不妨設,令,
則在上恆成立,故在上單調遞減,
從而,即.
綜上,成立.
4.【09全國ⅱ·理】22.(本小題滿分12分)
設函式有兩個極值點,且.
(i)求的取值範圍,並討論的單調性;
(ii)證明:.
【解】(i)由題設知,函式的定義域是
且有兩個不同的根,故的判別式,即
且 又故.因此的取值範圍是.
當變化時,與的變化情況如下表:
因此在區間和是增函式,在區間是減函式.
(ii)由題設和①知
於是 .
設函式則當時,;
當時,故在區間是增函式.
於是,當時,
因此 . www.ks5u.com
5.【2023年山東理】 21.(本題滿分12分)
已知函式其中為常數.
(i)當時,求函式的極值;
(ii)當時,證明:對任意的正整數,當時,有
【標準答案】
(ⅰ)解:由已知得函式的定義域為,
當時,,所以.
(1)當時,由得,,
此時.當時,,單調遞減;
當時,,單調遞增.
(2)當時,恆成立,所以無極值.
綜上所述,時,
當時,在處取得極小值,極小值為.
當時,無極值.
(ⅱ)證法一:因為,所以.
當為偶數時,
令 ,
則().
所以當時,單調遞增,
又,因此恆成立,
所以成立.
當為奇數時,
要證,由於,所以只需證,
令 ,
則 (),
所以當時,單調遞增,又,
所以當時,恒有,即命題成立.
綜上所述,結論成立.
證法二:當時,.
當時,對任意的正整數,恒有,
故只需證明.
令 ,,
則 ,
當時,,故在上單調遞增,
因此當時,,即成立.
故當時,有.
即 .
【試題分析】第一問對討論時要注意一些顯而易見的結果,當時恆成立,無極值.第二問需要對構造的新函式進行「常規處理」,即先證單調性,然後求最值 ,最後作出判斷.
【高考考點】導數及其應用、建構函式證明不等式
【易錯提醒】沒有注意該函式定義域對問題的影響,分類討論無目標,判斷
的正負漏掉符號.
【備考提示】函式類問題的解題方法要內悟、歸納、整理,使之成為乙個系統,在具體運用時自如流暢,既要具有一定的思維定向,也要謹防盲目套用.此類問題對轉化能力要求很高,不能有效轉化是解題難以突破的主要原因,要善於建構函式證明不等式,從而體現導數的工具性.
6.【2023年山東理】 (22)(本小題滿分14分)
設函式,其中.
(i)當時,判斷函式在定義域上的單調性;
(ii)求函式的極值點;
(iii)證明對任意的正整數,不等式都成立.
【解】(ⅰ)由題意知,的定義域為,
設,其圖象的對稱軸為,
當時,,即在上恆成立,
當時,,
當時,函式在定義域上單調遞增
(ⅱ)①由(ⅰ)得:當時,函式無極值點
②時,有兩個相同的解,
時,, 時,,
時,函式在上無極值點
③當時,有兩個不同解,,,
時,,,
即,時,,隨的變化情況如下表:
由此表可知:時,有惟一極小值點,
當時,, ,
此時,,隨的變化情況如下表:
由此表可知:時,有乙個極大值和乙個極小值點
;綜上所述:時,有惟一最小值點;
時,有乙個極大值點和乙個極小值點;
時,無極值點
(ⅲ)當時,函式,
令函式,
則.當時,,所以函式在上單調遞增,
又時,恒有,即恆成立
故當時,有.
對任意正整數取,則有
所以結論成立.
7.【2023年湖南理】 21.(本小題滿分13分)
已知函式.
(i)求函式的單調區間;
(ⅱ)若不等式對任意的都成立(其中是自然對數的底數).
求的最大值.
解: (ⅰ)函式的定義域是,
設,則令則
當時, 在上為增函式,
當x>0時, 在上為減函式.
所以在處取得極大值,而,所以,
函式在上為減函式.
於是當時,
當時,所以,當時, 在上為增函式.
當時, 在上為減函式.
故函式的單調遞增區間為,單調遞減區間為.
(ⅱ)不等式等價於不等式由知,
設則由(ⅰ)知,即
所以於是在上為減函式.
故函式在上的最小值為
所以a的最大值為
1.2009濰坊文科(22)(本小題滿分14分)
設函式表示的導函式.
(i)求函式的單調遞增區間;
(ⅱ)當k為偶數時,數列{}滿足,求數列{}的通項公式;
(ⅲ)當k為奇數時, 設,數列的前項和為,證明不等式
對一切正整數均成立,並比較與的大小.
解:(ⅰ)函式的定義域為(0,+∞),
又1分當k為奇數時,,
即的單調遞增區間為2分
當k為偶函式時,
由,得,即的單調遞增區間為,
綜上所述:當k為奇數時,的單調遞增區間為,
當k為偶數時,的單調遞增區間為4分
(ⅱ)當k為偶數時,由(ⅰ)知
所以根據題設條件有
∴{}是以2為公比的等比數列,
8分(ⅲ)由(ⅰ)知,當k為奇數時,
由已知要證兩邊取對數,即證…………………10分
事實上:設則
因此得不等式
建構函式下面證明在上恆大於0.
∴在上單調遞增,
即∴ ∴
即成立12分由得
即當時14分
2.山東省日照市2009屆高三模擬考試數學理科試題(22)(本小題滿分14分)
已知,函式.
(ⅰ)試問在定義域上能否是單調函式?請說明理由;
(ⅱ)若在區間上是單調遞增函式,試求實數的取值範圍;
(ⅲ)當時,設數列的前項和為,求證:
解:(ⅰ)的定義域為,,由得. ……2分
當時,,遞減;
當時,,遞增.
所以不是定義域上的單調函式4分
(ⅱ)若在是單調遞增函式,則恆成立,即恆成立.
6分 即8分
(ⅲ)當時,由(ⅱ)知,在上為增函式,
又當時,, ,即.
令則,當時,
從而函式在上是遞增函式,所以有即得
綜上有10分
12分 令時,不等式也成立,
於是代入,將所得各不等式相加,得
即即14分
3.山東省棗莊市2009屆高三年級調研考試數學理21.(本小題滿分12分)
已知函式,如果
在其定義域上是增函式,且存在零點(的導函式).
(i)求的值;
(ii)設是函式的圖象上兩點,
解:(i)因為
所以因為上是增函式.
所以上恆成立1分
當而上的最小值是1.
於是(※)
可見從而由(※)式即得4分
同時,由解得②,或
由①②得
此時,即為所求6分
注:沒有提到(驗證)時,不扣分.
(ii)由(i),
於是7分
以下證明(☆)
(☆)等價於8分
建構函式
則時,上為增函式.
因此當即
從而得到證明11分
同理可證12分
注:沒有「綜上」等字眼的結論,扣1分.
4.煙台市三月診斷性檢測數學理22.(本小題滿分14分)
設函式(為自然對數的底數).
(1)求的極值;
(2)若存在實常數k和b,使得函式和對其定義域上的任意實數分別滿足和,則稱直線為和的「隔離直線」.
試問函式和是否存在「隔離直線」?若存在.求出此「隔離直線」方程;若不存在,請說明理由.
解:(1)∵
∴∴當時,.
∵當時此時遞減3』
當時,,此時遞增.
∴當時,取極小值,其極小值為06』
(2)由(1)可知,當時,(當且僅當時取等號).
若存在和的「隔離直線」,則存在實常數和,
使得和恆成立.
∵和的圖象在處有公共點,因此若存在和的「隔離直線」,
則該直線過這個公共點8』
設「隔離直線」方程為,即
由可得當時恆成立.
∵∴由,得10』
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