導數和數列綜合問題解決技巧之建構函式法

2022-06-12 05:00:05 字數 5219 閱讀 9639

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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