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这是某市2008年高三调研卷中的最后压轴题
题目 已知函数
(Ⅰ)试判断 在定义域上的单调性;
(Ⅱ)当 时,求证
题目所给的答案如下:
解.(1)
本小题主要考查函数、不等式和导数的应用等知识,考查综合运用数学知识解决问题的能力.
反思1 如果没有(Ⅰ)还能证出(Ⅱ)中不等式吗?
很多同学在感叹这个解法的简洁、巧妙的同时. 也在思考:(Ⅱ)中不等式是不依赖于题目中所给的条件而独立存在的,如果想不到构造(Ⅰ)中的函数,(Ⅱ)中不等式怎么证?有没有更一般的思路?分析如下:
法一: 原不等式即为
不妨考虑用,
根据求导法则有
当 时, <0,则 在 上单调减,
法二用x替换b,构建如下函数也可证明
法三原不等式还可化为 ,令 则 ,
于是还可构建函数 进行证明
总结: 以上说明对不等式的证明可通过构建函数,研究函数的一些特性(如单调性,极值,最值等),利用这些特性进行证明. 一般地:若证 .
应用(2007•湖北卷).已知定义在正实数集上的函数 , ,其中 .设两曲线 , 有公共点,且在该点处的切线相同.
(I)用 表示 ,并求 的最大值;
(II)求证: ( ).
分析 对(II)中的不等式可直接考虑构建函数
解:(Ⅰ)设 与 在公共点 处的切线相同.
, ,由题意 , .
即 由 得: ,或 (舍去).
即有 .
令 ,则 .于是
当 ,即 时, ;当 ,即 时, .
故 在 为增函数,在 为减于是 在 的最大值为 .
(Ⅱ)设 ,
则.
故 在 为减函数,在 为增函数,
于是函数 在 上的最小值是 .
故当 时,有 ,即当 时, .
反思2还有哪些更好的构造方法?
比较上述三个函数发现:对它们求导,求最小值运算都比较烦琐,而问题(Ⅰ)中的函数研究相对简单,怎么能想到该函数呢?
法四:事实上法三中不等式 等价于 于是构建并研究函数 也就在情理之中.
法五:还有没有更简洁的方法呢?因此要证明原不等式,只要证明 ,用 替换 , . .显然问题简洁多了.
证明 设 ,
因为 所以 上单调增.
总结:这说明构建的函数并不唯一,但在具体解题中,运算过程会有很大的差异,这就要求能合理的选取函数,或者对所选取的函数进行恰当的变形. 当然孰优孰劣,要有一定的预见性,不能进行到很繁琐时再回头.
应用:(2007•安徽卷)设 , .
(Ⅰ)令 ,讨论 在 内的单调性并求极值;
(Ⅱ)求证:当 时,恒有 .
现分析(Ⅱ)(暂不考虑与(Ⅰ)问的联系)
可能首先想到构建函数 根据求导法则有 ,导函数中含有 和参数 ,求其单调性和最值还比较麻烦,还要再构建函数 ,继续研究.
但如果我们注意到在 , 的前提下: 恒有 .与等价,哪是不是就构建函数 呢?根据求导法则有 ,还很难求其单调性 .事实上 还等价与 ,于是可考虑构建函数 .
再看(2007•山东卷)设函数 ,其中 .
(Ⅰ)当 时,判断函数 在定义域上的单调性;(Ⅱ)求函数 的极值点;
(Ⅲ)证明对任意的正整数 ,不等式 都成立.
分析:一种方法是直接用 替换 ,构建函数 另一种方法是用 替换 ,构建函数, .显然后一种方法较简单.
解:(Ⅰ)(Ⅱ)略
(Ⅲ)令函数 , 则 .
所以当 时, ,所以函数 在 上单调递增,又 .
时,恒有 ,即 恒成立.
故当 时,有 .
对任意正整数 取 ,则有 .
所以结论成立.
反思4 本题还能给我们什么启示
该不等式是二元不等式,如何构建函数证明二元不等式呢?可以考虑试用如下方法
总结:1将其中一个字母看作常数,另一个看作变量,构建函数,如法一,法二.
2将不等式整理变形,构建一元函数,如法三.
应用(2007•辽宁卷).已知函数 , .
(I)证明:当 时, 在 上是增函数;
(II)对于给定的闭区间 ,试说明存在实数 ,当 时, 在闭区间 上是减函数;
(III)证明: .
分析:对于问题(III)要证的不等式即为 那么在构建的函数中把 看作变量,还是把 看作变量呢,显然把 看作变量问题要简洁的多.
再看(2007•浙江卷)设 ,对任意实数 ,记 .
(I)求函数 的单调区间;
(II)求证:(ⅰ)当 时,对任意正实数 成立;
(ⅱ)有且仅有一个正实数 ,使得 对任意正实数 成立.
仅证明(II)中的(ⅰ)
证明:(i)方法一:令 ,则 ,
当 时,由 ,得 ,当 时, ,
所以 在 内的最小值是 .
故当 时, 对任意正实数 成立.
方法二:对任意固定的 ,令 ,则
,由 ,得 .
当 时, .当 时, ,
所以当 时, 取得最大值 .
因此当 时, 对任意正实数 成立.
反思4 这个不等式的源头在哪?
怎么会想到存在这样一个不等式,它的几何背景是什么?事实上:
不等式左边可以看作 上任意两点连线的斜率,由图象不难看出:在 上存在 有
而这实质上是高等数学中的中值定理
又由不等式 得
一点体会:在解题教学中,解题后 的反思不单是简单的回顾或检验,而应引导学生仔细分析问题的结构特点,总结,清理,概括思路,进而在新的问题中加以应用,达到举一反三. 老师可以站在更高的角度指导学生理解教材、认识本质总结规律.
题目 已知函数
(Ⅰ)试判断 在定义域上的单调性;
(Ⅱ)当 时,求证
题目所给的答案如下:
解.(1)
本小题主要考查函数、不等式和导数的应用等知识,考查综合运用数学知识解决问题的能力.
反思1 如果没有(Ⅰ)还能证出(Ⅱ)中不等式吗?
很多同学在感叹这个解法的简洁、巧妙的同时. 也在思考:(Ⅱ)中不等式是不依赖于题目中所给的条件而独立存在的,如果想不到构造(Ⅰ)中的函数,(Ⅱ)中不等式怎么证?有没有更一般的思路?分析如下:
法一: 原不等式即为
不妨考虑用,
根据求导法则有
当 时, <0,则 在 上单调减,
法二用x替换b,构建如下函数也可证明
法三原不等式还可化为 ,令 则 ,
于是还可构建函数 进行证明
总结: 以上说明对不等式的证明可通过构建函数,研究函数的一些特性(如单调性,极值,最值等),利用这些特性进行证明. 一般地:若证 .
应用(2007•湖北卷).已知定义在正实数集上的函数 , ,其中 .设两曲线 , 有公共点,且在该点处的切线相同.
(I)用 表示 ,并求 的最大值;
(II)求证: ( ).
分析 对(II)中的不等式可直接考虑构建函数
解:(Ⅰ)设 与 在公共点 处的切线相同.
, ,由题意 , .
即 由 得: ,或 (舍去).
即有 .
令 ,则 .于是
当 ,即 时, ;当 ,即 时, .
故 在 为增函数,在 为减于是 在 的最大值为 .
(Ⅱ)设 ,
则.
故 在 为减函数,在 为增函数,
于是函数 在 上的最小值是 .
故当 时,有 ,即当 时, .
反思2还有哪些更好的构造方法?
比较上述三个函数发现:对它们求导,求最小值运算都比较烦琐,而问题(Ⅰ)中的函数研究相对简单,怎么能想到该函数呢?
法四:事实上法三中不等式 等价于 于是构建并研究函数 也就在情理之中.
法五:还有没有更简洁的方法呢?因此要证明原不等式,只要证明 ,用 替换 , . .显然问题简洁多了.
证明 设 ,
因为 所以 上单调增.
总结:这说明构建的函数并不唯一,但在具体解题中,运算过程会有很大的差异,这就要求能合理的选取函数,或者对所选取的函数进行恰当的变形. 当然孰优孰劣,要有一定的预见性,不能进行到很繁琐时再回头.
应用:(2007•安徽卷)设 , .
(Ⅰ)令 ,讨论 在 内的单调性并求极值;
(Ⅱ)求证:当 时,恒有 .
现分析(Ⅱ)(暂不考虑与(Ⅰ)问的联系)
可能首先想到构建函数 根据求导法则有 ,导函数中含有 和参数 ,求其单调性和最值还比较麻烦,还要再构建函数 ,继续研究.
但如果我们注意到在 , 的前提下: 恒有 .与等价,哪是不是就构建函数 呢?根据求导法则有 ,还很难求其单调性 .事实上 还等价与 ,于是可考虑构建函数 .
再看(2007•山东卷)设函数 ,其中 .
(Ⅰ)当 时,判断函数 在定义域上的单调性;(Ⅱ)求函数 的极值点;
(Ⅲ)证明对任意的正整数 ,不等式 都成立.
分析:一种方法是直接用 替换 ,构建函数 另一种方法是用 替换 ,构建函数, .显然后一种方法较简单.
解:(Ⅰ)(Ⅱ)略
(Ⅲ)令函数 , 则 .
所以当 时, ,所以函数 在 上单调递增,又 .
时,恒有 ,即 恒成立.
故当 时,有 .
对任意正整数 取 ,则有 .
所以结论成立.
反思4 本题还能给我们什么启示
该不等式是二元不等式,如何构建函数证明二元不等式呢?可以考虑试用如下方法
总结:1将其中一个字母看作常数,另一个看作变量,构建函数,如法一,法二.
2将不等式整理变形,构建一元函数,如法三.
应用(2007•辽宁卷).已知函数 , .
(I)证明:当 时, 在 上是增函数;
(II)对于给定的闭区间 ,试说明存在实数 ,当 时, 在闭区间 上是减函数;
(III)证明: .
分析:对于问题(III)要证的不等式即为 那么在构建的函数中把 看作变量,还是把 看作变量呢,显然把 看作变量问题要简洁的多.
再看(2007•浙江卷)设 ,对任意实数 ,记 .
(I)求函数 的单调区间;
(II)求证:(ⅰ)当 时,对任意正实数 成立;
(ⅱ)有且仅有一个正实数 ,使得 对任意正实数 成立.
仅证明(II)中的(ⅰ)
证明:(i)方法一:令 ,则 ,
当 时,由 ,得 ,当 时, ,
所以 在 内的最小值是 .
故当 时, 对任意正实数 成立.
方法二:对任意固定的 ,令 ,则
,由 ,得 .
当 时, .当 时, ,
所以当 时, 取得最大值 .
因此当 时, 对任意正实数 成立.
反思4 这个不等式的源头在哪?
怎么会想到存在这样一个不等式,它的几何背景是什么?事实上:
不等式左边可以看作 上任意两点连线的斜率,由图象不难看出:在 上存在 有
而这实质上是高等数学中的中值定理
又由不等式 得
一点体会:在解题教学中,解题后 的反思不单是简单的回顾或检验,而应引导学生仔细分析问题的结构特点,总结,清理,概括思路,进而在新的问题中加以应用,达到举一反三. 老师可以站在更高的角度指导学生理解教材、认识本质总结规律.