利用构造函数法求解不等式问题

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  [摘 要] 构造函数法是一种重要的数学方法.不等式问题是高考中的热点和难点.恰当地构造函数是解决不等式问题的有效途径.
  [关键词] 构造函数法 不等式
  [中图分类号] G633.6 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058(2016)17 0056
  构造函数法是解决不等式问题的有效方法,如何构造函数显得尤为重要.下面举例谈谈构造函数法在解不等式问题中的应用.
  一、比较函数值大小
  这类题型主要采用从结论入手来构造函数的方法,即分析结论的结构特点,建立可导的函数f(x),再利用f(x)的导函数,判断函数的单调性,从而比较出函数值的大小.
  【例1】 若定义在 R 上的函数f(x)的导函数为f′(x),且满足f′(x)>f(x),则f(2011)与f(2009)e2的大小关系为( ).
  A.f(2011)>f(2009)e2
  B.f(2011)=f(2009)e2
  C.f(2011)  D.不能确定
  分析: 构造函数,令F(x)=e-xf(x),则F′(x)=e-xf′(x)-e-xf(x)=
  e-x(f′(x)-f(x))>0,∴F(x)
  单调递增,
  ∴F(2011)>F(2009),即e-2011f(2011)>e-2009f(2009)
  ,
  ∴f(2011)>f(2009)e2,故答案为A.
  二、求函数不等式的解集
  对于形如f(x)>g(x)(或f(x)  化为f(x)-g(x)>0(或<0),再构造新函数h(x)=f(x) -g(x),利用h′(x)来求解.
  【例2】 定义在 R 上的函数f(x)满足:f′(x)>1-
  f(x),f(0)=6,f′(x)是f(x)的导函数,求不等式exf(x)>ex 5(其中e为自然对数的底数)的解集.
  分析: 由题意可知,不等式为exf(x)-ex-5>0,构造函数,设g(x)=exf(x)-ex-5,
  ∴g′(x)=exf(x) exf′(x)-ex=
  ex[f(x) f′(x)-1]>0,
  ∴函数g(x)在定义域上单调递增.
  又∵g(0)=0,
  ∴g(x)>0的解集为{x|x>0}.
  三、求参数的取值范围
  求函数不等式中参数的取值范围是一类重点、热点问题.虽然函数不等式问题有多种解法途径,但通过分离参数,可把问题转化为a>f(x)(或a  【例3】 已知f(x)=lnx-x a 1,若存在x∈(0, ∞)使得f(x)≥0成立,求a的取值范围.
  分析: 由题意知,当x>0时,
  f(x)=lnx-x a 1≥0,
  ∴a≥-lnx x-1.
  构造函数,令g(x)=-lnx x-1,
  则g′(x)=- 1 x 1= x-1 x .
  令g′(x)=0,解得:x=1.
  ∵当0  当x≥1时,g′(x)>0,∴g(x)在[1, ∞)上为增函数,
  ∴g(x)min=g(1)=0,
  ∴a≥g(1)=0.
  ∴a的取值范围为[0, ∞).
  四、证明不等式
  对于不等式的证明,大部分学生都望而生畏,找不到解决问题的突破口.很多不等式都有函数的背景,如果能挖掘已知函数与不等式的关系,根据所要证明的不等式,恰当地构造函数,利用函数的单调性、最值、有界性等,可以达到证明不等式的目的.
  【例4】 当x≥1时,x-lnx-1≥0,
  求证: 1 2 x2 ax-a≥xlnx 1 2 .
  证明: 原不等式可化为 1 2 x2 ax-xlnx-a- 1 2 ≥0(x≥1,a≥0).
  构造函数,令G(x)= 1 2 x2 ax-xlnx-a- 1 2 ,则G′(x)=x a-lnx-1且G(1)=0.
  由题意可知,当x≥1时,x-lnx-1≥0,
  则G′(x)=x a-lnx-1≥x-lnx-1≥0,
  ∴G(x)在[1, ∞)上单调递增,
  ∴G(x)≥G(1)=0,
  ∴ 1 2 x2 ax-xlnx-a- 1 2 ≥0,故原不等式成立.
  可以看出,对于不等式的问题,我们可以通过构造恰当的函数,使问题迎刃而解.其关键是如何构造函数;构造什么样的函数.这就要求我们结合函数的性质和特点,发展思维,反复总结、提炼构造规律.比如,对于左右两边结构相同(或者可化为左右两边结构相同)的不等式,构造函数f(x),使原不等式成为形如f(a)>f(b)的形式;对于形如f(x)>g(x)的不等式,构造函数F(x)=f(x)-g(x);等等.
  (责任编辑 钟伟芳)
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