一类对数型函数的若干单调性

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunhuai
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  【摘要】 本文从一道例题的求解,悟出了一类含参的对数型函数的若干单调性,并通过证明获得其正确性,进而应用该性质求解与此类问题相关的一些题目,体现了该性质的简洁性和实用性.也给此类对数型函数在参数设定范围的前提下,当函数有意义时的单调性作了定性.
  【关键词】 对数型函数;单调性;应用
  数学的实质就是揭示一定范畴内事物的数学规律,并利用规律解决数学问题的学科,而发现规律大多是从一些事例中归纳演绎产生的,事物的规律是事物的特性.函数的单调性是函数的重要性质之一,利用函数的单调性解题证题是常用的数学思想方法,本文从一例题的求解过程中,想到了三种解法,经分析对比知,利用函数思想求解方法简洁明了,属优选法,悟出了含参的对数型函数的若干单调性,并给出了证明.利用其进行求解求证,特别是此类数值的大小比较,复合型函数的单调区间计算等效果颇佳,也给此类函数的性质结果作了清晰的结论,为解决一类问题提供了理论依据.
  例 比较大小:log23与log34
  根据题目结构特征,如果我们知道了函数y=logx(x 1)的单调性,问题就极易获解.
  下证:函数f(x)=logx(x 1)在 (1, ∞)上是单调减函数.
  证法1:设x>1,则x>1x 1>x>1ln(x 1)>lnx>0.
  因为f(x)=lnx(x 1)= ln(x 1) lnx ,f′(x)= xlnx-(x 1)ln(x 1) x(x 1)(lnx)2 ,又因为x 1>x>1ln(x 1)>lnx>0 (x 1)lnx>xlnx(x 1)lnx-xlnx>0,
  所以f′(x)= xlnx-(x 1)ln(x 1) x(x 1)(lnx)2 <0 即函数f(x)在 (1, ∞)上是减函数.
  大小显而易见,由此产生了解法一.这里我们约定(1, ∞)是为了使结论充分成立,进而在进行探究.
  证法2:作差,判定符号易知数列 an=logn(n 1)是递减数列.由此产生解法二.
  利用放缩法也可以获解:因为 log23>log32 2 = 3 2 =log33 3 >log34.
  即log23>log34由此产生解法三.但这样的放缩法证题解题,思维隐蔽,难以切入.
  不难看出,如果对数型函数f(x)=logx(x 1)的单调性已知,此类问题的求解就简洁明了,答案易于获得.下面我们对这一类对数型函数在参数一定的范围内,当函数有意义的条件下,对其若干单调性进行探究并进行证明和应用.
  一类对数型函数的若干单调性:
  性质1 函数f(x)=logx(x a),若a>0,则 在x∈ 0, 1 e 上是单调增函数;在x∈ 1 e , ∞ 上是减函数.
  证明: f(x)=logx(x a)= ln(x a) lnx f′(x)= xlnx-(x a) ln(x a) x(x a)(lnx)2
  令g(x)=xlnx,则有 g ′(x)=(xlnx)′=lnx 1 即x∈ 0, 1 e 时,g′(x)<0,此时g(x)为减函数函数,又a>0,所以x(x a)ln(x a),即有f′(x)>0,所以f(x)为增函数;
  当x∈( 1 e , ∞)时,g ′(x)>0,g(x)为增函数函数,a>0,所以x  性质2 函数f(x)=logx(ax b),若a>1,b>1,则该函数在x∈(1, ∞)
  上是单调递减函数.
  性质3 函数f(x)=logx(ax b),若,0  性质4 函数f(x)=logx(ax b),若,a>1,b>1,则该函数在x∈(0,1)上是单调减函数.
  例1 比较大小:log35与log46.
  解 因为f(x)=logx(x 2)在a>0时,x∈ 1 e , ∞ 上是减函数(对数型函数的性质1),x1=3,x2=4,所以log3(3 2)>log4(4 2).
  即有log35>log46
  例2 把下列一组数按从小到大的顺序排列并进行证明: log 1 3 7 3 ,log 1 4 9 4 ,log 1 4 3.
  解 因为:log 1 3 7 3 =log 1 3 1 3 2,log 1 4 9 4 =log 1 4 1 4 2,而f(x)=logxx 2在x∈ 0, 1 e 上是单调增函数(对数型函数的性质1),而 1 e > 1 3 > 1 4 >0,所以log 1 3 7 3 >log 1 4 9 4 ;又因为函数f(x)=log 1 4 x是单调减函数,所以log 1 4 9 4   我们把对数函数中,底数和真数中都有变量时,定义该函数为对数型函数.对于对数型函数的单调性,可按参数的范围进行分类,先利用换底公式,再利用导数的性质进行探究,从而得到了其若干单调性,又对其进行了举例应用,特别是此类数的大小比较,利用该对数函数型的单调性进行求解,简洁明了,易于获得答案,不失是一个好办法,供同仁参考.
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