詳細講解方程零點在綜合題中的運用

2020-12-24 玉w頭說教育

題型分析

如下圖中的題型,詐看上去和方程零點沒有關係,但是很多的時候當一個方程求完導數後,得到新的方程時卻無法判斷它圖像的變化,而此時就可以根據求導後得到的方程的零點來判斷原方程的單調性。

圖一

第一步

第一步就是要求出關於k的不等式。

對於任意的a∈R,x>0,都有f(x)>g(x)成立,所以可以將兩個函數做減e^(2x)-2ae^x+2a^2>2alnx-(lnx)^2+k^2/8(x>0),看到了a^2和a就可以將這個不等式看成一元二次方程的不等式,整理就可以得到關於a的二元一次不等式,即2a^2-2a(e^x+lnx)+e^(2x)+(lnx)^2-k^2/8>0恆成立;

設Q(a)=2a^2-2a(e^x+lnx)+e^(2x)+(lnx)^2-k^2/8,則Q(a)就是一個開口向上的一元二次方程;

又因為Q(a)>0恆成立,所以該一元二次方程沒有實數根,所以△<0;

所以就可以得到關於k和x的不等式,即△=4(e^x+lnx)^2-4×2[e^(2x)+(lnx)^2-k^2/8]<0,整理得(e^x-lnx)^2>k^2/4。

第二步

第二步就是對(e^x-lnx)^2>k^2/4進行去平方。

這裡我們要記住一個結論,即e^x>x>lnx在x>0上恆成立。

證明的過程:設h(x)=lnx-x,對h(x)求導得到一次導數h'(x)=(1-x)/x,令x=1,所以得到h(x)在(1,+∞)上是減函數,在(0,1)上是增函數,且h(1)=-1<0,所以有h(x)≤h(1)<0,所以lnx<x

又因為y=e^x是增函數,所以e^(lnx)<e^x,即x<e^x

所以得到lnx<x<e^x

所以上述e^x-lnx>0在x>0上是恆成立的,這裡又求的是k的正數值,所以(e^x-lnx)^2>k^2/4去平方就得到e^x-lnx>k/2;

所以上述問題就可以轉化為對於任意的a∈R來說都有e^x-lnx>k/2恆成立,求k得最大正整數值。

第三步

第三步就是運用方程的零點求出e^x-lnx的最小值,從而求出k最大正整數值。

設t(x)=e^x-lnx,要想求出該方程的最小值就要通過求導來了解該方程的單調性;

一次導數t'(x)=e^x-1/x,一次導數t'(x)不好判斷和零的大小關係,只知道一次導數t'(x)在(0,+∞)是一個增函數,但是我們可以通過再次求導來找出一次導數t'(x)零點的個數以及零點的範圍,即二次導數t''(x)=e^x+1/x^2,這可以看出e^x+1/x^2>0恆成立,所以我們知道一次導數t'(x)是單調遞增函數;

又因為一次導數值t'(1/2)=√e-2<0和一次導數值t'(2/3)=e^(2/3)-3/2=(e^2)^(1/3)-(27/8)^(1/3)>0,所以一次導數t'(x)在(0,+∞)上有唯一的零點x0,且x0∈(1/2,2/3),也可以得到e^x0=1/x0(下面會用到);

所以當x∈(0,x0)時,一次導數t'(x)<0,則t(x)為減函數;

當x∈(x0,+∞)時,一次導數t'(x)>0,則t(x)為增函數;

又因為t(x)是先減後增函數,所以t(x)有最小值,這個最小值就是x0;

所以有t(x)min=t(x0)=e^x0-lnx0=1/x0+x0,x0∈(1/2,2/3);

又因為t(x0)=1/x0+x0在(1/2,2/3)是減函數,所以t(x0)的值域就是(13/6,5/2);

又因為t(x0)>k/2,即k/2≤13/6,且k為正整數,所以k≤4,所以k得最大值為4。

上述是詳細講解方程零點在綜合題中的運用,希望大家喜歡,不喜歡不要踩,謝謝。

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