指對數同構的再分析第二部分.相關題目專練

2021-01-11 曹老師的高中數學課

上次內容提到同構思想類似於利用複合函數單調性去掉外層函數,從而達到簡化不等式的目的,而外層函數一般要依據不等式中指數的形式進行構造,常見的外層指數函數如xe^x,x+e^x,x+e^-x,y=x/e^x等等,均為指數函數和一次函數的運算式,有時候還需要根據題目補全所需的一次函數。

當然也不是所有的指對數混合型函數都可以用同構去解,有人問如何分辨能還是不能,其實沒什麼好的方法,將指對數變形後放到不等式兩側,觀察有無符合常用外層指數函數的形式,若沒有,適當的補全後根據下圖看對應的對數函數是否滿足要求,下圖中的t可以很複雜,只要滿足這種形式的均可同構,當然同構的外層函數形式還有其他類型,這就要仔細觀察一下了,利用代換看指對數是否呼應即可。

指對數同構又分為兩類,第一類是指對數完全符合構造的外層函數形式,且不含其他參變量,第二類是指對數完全符合構造的外層函數形式,但有多餘的參數,利用指數對數切線放縮屬於單構,放到最後去說,看下面的題目:

類型一.外層函數為y=xe^x

注意,當對數函數與常數相加時,例如lnx+1也可以直接寫成lnex,這樣更好看一些,以上四題均為完全同構且不含其他參變量,但有的題目指對數同構之後會含有參變量,此時可用構造的兩個函數相減或相除確定整體的範圍,需要注意等號取得的x值在不在定義域中。如下,相似的題目還有下面第九題:

類型二.外層函數為y=x+e^x

第九題是一個很不錯的題目,不等式中有k,但指對數函數中並沒有,無論怎麼構造均不可能做到構造之後不含其他參變量,此時構造的外層函數很顯然是y=x+e^x,但右側呢,先試一下:

最後若把左邊和右邊分別看作兩個不同的函數,根據任意性,需求左側函數的最小值,由於x=lnx無解,最小值不可能取零,根據導函數也求不出左側函數的最小值,此時的問題是因為沒有考慮到指對數常用的切線放縮形式,雖然x>lnx恆成立,但屬於過大的放縮,常用的對數放縮,若放縮直線過原點,則為x/e≥lnx,若放縮直線不過原點,則x-1≥lnx,此時均有取等的情況,所以題目右側需變形為lnex的形式:

類型三.其他類型的外層函數

這種形式就需要根據將指對數分別放在不等式兩側之後根據形式來找了

第11,12題算是逆運算,構造的函數單調性並不能確定,但根據外層不等式和內層不等式可確定出構造的函數單調性,根據導數求出滿足單調性的參數範圍即可。

最後,關於單構或者叫切線放縮,今年山東卷導數題目是一個較為典型的例子,即可同構也可放縮,常用的放縮形式為:

放縮形式對應的圖示如下:

利用切線放縮時一定要注意取等的x值在不在定義域內,最後再回顧一次2020年山東高考數學中的導數壓軸題的相關解法:

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