第一篇:構造函數,利用導數證明不等式
構造函數,利用導數證明不等式
湖北省天門中學薛德斌2010年10月
例
1、設當x??a,b?時,f/(x)?g/(x),求證:當x??a,b?時,f(x)?f(a)?g(x)?g(a).
例
2、設f(x)是R上的可導函數,且當x?1時(x?1)f/(x)?0.
求證:(1)f(0)?f(2)?2f(1);(2)f(2)?2f(1).
例
3、已知m、n?N,且m?n,求證:(1?m)?(1?n).
?nm
例
4、(2010年遼寧卷文科)已知函數f(x)?(a?1)lnx?ax2?1,其中a??2,證明:? x1,x2?(0,??),|f(x1)?f(x2)|?4|x1?x2|.例
5、(2010年全國Ⅱ卷理科)設函數f?x??x?aIn?1?x?有兩個極值點x1、x2,且
2x1?x2,證明:f?x2??
1?2In2.4a?0,b?0,例
6、已知函數f(x)?xlnx,求證:f(a)?(a?b)ln2?f(a?b)?f(b).x?ln(1?x)?x; 1?x
11112n?c??????ln(2)設c?0,求證:.2?cn?1?cn?2?c2n?cn?c例
7、(1)已知x?0,求證:
第二篇:構造函數,結合導數證明不等式
構造函數,結合導數證明不等式
摘 要:運用導數法證明不等式首先要構建函數,以函數作為載體可以用移項作差,直接構造;合理變形,等價構造;分析(條件)結論,特征構造;定主略從,減元構造;挖掘隱含,聯想構造等方法進行證明.關鍵詞:構造函數;求導;證明;不等式
利用導數證明不等式是四川高考壓軸題的熱點題型之一,此類問題的特點是:問題以不等式形式呈現,“主角”是導數,而不等式的證明不僅技巧性強,而且方法靈活多變,因此構造函數成為證明不等式的良好“載體”,如何有效合理地構造函數是證明不等式的關鍵所在,下面以實例談談如何構造函數的若干解題策略.注:此題也可用數學歸納法證明.解后感悟:函數隱藏越深,難度就越大,如何去尋找證明不等式的“母函數”是解決問題的關鍵,通過合理變形,展開思維聯想的翅膀,發現不等式背后的隱藏函數,便會柳暗花明.結束語:導數為證明不等式問題開辟了新方法,使過去不等式的證明方法,從特殊技巧變為通性通法,合理構造函數,能使解題更具備指向性,劍之所指,所向披靡.
第三篇:導數證明不等式構造函數法類別(教師版)
導數證明不等式構造函數法類別
1、移項法構造函數
1?ln(x?1)?x x?11?1,分析:本題是雙邊不等式,其右邊直接從已知函數證明,左邊構造函數g(x)?ln(x?1)?x?1【例1】 已知函數f(x)?ln(x?1)?x,求證:當x??1時,恒有1? 從其導數入手即可證明。
【解】f?(x)?1x?1?? x?1x?1∴當?1?x?0時,f?(x)?0,即f(x)在x?(?1,0)上為增函數
當x?0時,f?(x)?0,即f(x)在x?(0,??)上為減函數 故函數f(x)的單調遞增區間為(?1,0),單調遞減區間(0,??)
于是函數f(x)在(?1,??)上的最大值為f(x)max?f(0)?0,因此,當x??1時,f(x)?f(0)?0,即ln(x?1)?x?0 ∴ln(x?1)?x(右面得證),現證左面,令g(x)?ln(x?1)?111x?1,則g?(x)? ??22x?1x?1(x?1)(x?1)當x?(?1,0)時,g?(x)?0;當x?(0,??)時,g?(x)?0,即g(x)在x?(?1,0)上為減函數,在x?(0,??)上為增函數,故函數g(x)在(?1,??)上的最小值為g(x)min?g(0)?0,1?1?0 x?111?1?ln(x?1)?x ∴ln(x?1)?1?,綜上可知,當x??1時,有x?1x?1∴當x??1時,g(x)?g(0)?0,即ln(x?1)?
2、作差法構造函數證明 【例2】已知函數f(x)? 圖象的下方;
分析:函數f(x)的圖象在函數g(x)的圖象的下方?不等式f(x)?g(x)問題,即只需證明在區間(1,??)上,恒有122x?lnx.求證:在區間(1,??)上,函數f(x)的圖象在函數g(x)?x3的 23122x?lnx?x3,23122x?lnx?x3成立,設F(x)?g(x)?f(x),x?(1,??),考慮到23F(1)?1?0 6要證不等式轉化變為:當x?1時,F(x)?F(1),這只要證明: g(x)在區間(1,??)是增函數即可。【解】設F(x)?g(x)?f(x),即F(x)?22312x?x?lnx,321(x?1)(2x2?x?1)(x?1)(2x2?x?1)則F?(x)?2x?x?= 當x?1時,F?(x)=
xxx從而F(x)在(1,??)上為增函數,∴F(x)?F(1)?∴當x?1時 g(x)?f(x)?0,即f(x)?g(x),故在區間(1,??)上,函數f(x)的圖象在函數g(x)?
3、換元法構造函數證明
1?0 623x的圖象的下方。3111?1)?2?3 都成立.nnn1 分析:本題是山東卷的第(II)問,從所證結構出發,只需令?x,則問題轉化為:當x?0時,恒
n【例3】(2007年,山東卷)證明:對任意的正整數n,不等式ln(有ln(x?1)?x?x成立,現構造函數h(x)?x?x?ln(x?1),求導即可達到證明。233213x3?(x?1)2?【解】令h(x)?x?x?ln(x?1),則h?(x)?3x?2x?在x?(0,??)上恒正,x?1x?1322 所以函數h(x)在(0,??)上單調遞增,∴x?(0,??)時,恒有h(x)?h(0)?0,即x?x?ln(x?1)?0,∴ln(x?1)?x?x
對任意正整數n,取x?32231111?(0,??),則有ln(?1)?2?3 nnnn【警示啟迪】當F(x)在[a,b]上單調遞增,則x?a時,有F(x)?F(a).如果f(a)=?(a),要證明當x?a時,f(x)??(x),那么,只要令F(x)=f(x)-?(x),就可以利用F(x)的單調增性來推導.也就是說,在F(x)可導的前提下,只要證明F'(x)?0即可.
4、從條件特征入手構造函數證明
【例4】若函數y=f(x)在R上可導且滿足不等式xf?(x)>-f(x)恒成立,且常數a,b滿足a>b,求證: af(a)>bf(b)
【解】由已知 xf?(x)+f(x)>0 ∴構造函數 F(x)?xf(x),' 則F(x)? xf?(x)+f(x)>0,從而F(x)在R上為增函數。
?a?b ∴F(a)?F(b)即 af(a)>bf(b)【警示啟迪】由條件移項后xf?(x)?f(x),容易想到是一個積的導數,從而可以構造函數F(x)?xf(x),求導即可完成證明。若題目中的條件改為xf?(x)?f(x),則移項后xf?(x)?f(x),要想到是一個商的導數的分子,平時解題多注意總結。
5、主元法構造函數
例.(全國)已知函數f(x)?ln(1?x)?x,g(x)?xlnx(1)求函數f(x)的最大值;
a?b)?(b?a)ln2.2a?b)中以b為主變元構造函數, 證明:對g(x)?xlnx求導,則g'(x)?lnx?1.在g(a)?g(b)?2g(2(2)設0?a?b,證明 :0?g(a)?g(b)?2g(設F(x)?g(a)?g(x)?2g(a?x'a?xa?x.)]?lnx?ln),則F'(x)?g'(x)?2[g(222' 當0?x?a時,F(x)?0,因此F(x)在(0,a)內為減函數.' 當x?a時,F(x)?0,因此F(x)在(a,??)上為增函數.從而當x?a時, F(x)有極小值F(a).因為F(a)?0,b?a,所以F(b)?0,即g(a)?g(b)?2g(又設G(x)?F(x)?(x?a)ln2.則G'(x)?lnx?lna?b)?0.2a?x?ln2?lnx?ln(a?x).2' 當x?0時,G(x)?0.因此G(x)在(0,??)上為減函數.因為G(a)?0,b?a,所以G(b)?0,即g(a)?g(b)?2g(6、構造二階導數函數證明導數的單調性 例.已知函數f(x)?ae?xa?b)?(b?a)ln2.212x 2(1)若f(x)在R上為增函數,求a的取值范圍;(2)若a=1,求證:x>0時,f(x)>1+x x解:(1)f′(x)= ae-x,∵f(x)在R上為增函數,∴f′(x)≥0對x∈R恒成立,-x-x-x-x-x 即a≥xe對x∈R恒成立 記g(x)=xe,則g′(x)=e-xe=(1-x)e,當x>1時,g′(x)<0,當x<1時,g′(x)>0.
知g(x)在(-∞,1)上為增函數,在(1,+ ∞)上為減函數, ∴g(x)在x=1時,取得最大值,即g(x)max=g(1)=1/e, ∴a≥1/e, 即a的取值范圍是[1/e, + ∞)(2)記F(X)=f(x)-(1+x)=e?xx12x?1?x(x?0)2x
x 則F′(x)=e-1-x, 令h(x)= F′(x)=e-1-x,則h′(x)=e-1 當x>0時, h′(x)>0, ∴h(x)在(0,+ ∞)上為增函數, 又h(x)在x=0處連續, ∴h(x)>h(0)=0 即F′(x)>0 ,∴F(x)在(0,+ ∞)上為增函數,又F(x)在x=0處連續, ∴F(x)>F(0)=0,即f(x)>1+x.
7.對數法構造函數(選用于冪指數函數不等式)例:證明當x?0時,(1?x)1?1x?e1?x2
8.構造形似函數
例:證明當b?a?e,證明a?b ba
例:已知m、n都是正整數,且1?m?n,證明:(1?m)?(1?n)
nm4
【思維挑戰】
1、設a?0,f(x)?x?1?ln2x?2alnx 求證:當x?1時,恒有x?lnx?2alnx?1
2、已知定義在正實數集上的函數
f(x)?52122x?2ax,g(x)?3a2lnx?b,其中a>0,且b?a?3alna,22求證:f(x)?g(x)
3、已知函數f(x)?ln(1?x)?xb,求證:對任意的正數a、b,恒有lna?lnb?1?.1?xa4、f(x)是定義在(0,+∞)上的非負可導函數,且滿足xf?(x)?f(x)≤0,對任意正數a、b,若a < b,則必有()
(A)af(b)≤bf(a)(C)af(a)≤f(b)
【答案咨詢】
1、提示:f?(x)?1? ∴
(B)bf(a)≤af(b)(D)bf(b)≤f(a)2lnx2a2lnx??1,當x?1,a?0時,不難證明xxxf?(x)?0,即f(x)在(0,??)內單調遞增,故當x?1時,f(x)?f(1)?0,∴當x?1時,恒有x?lnx?2alnx?1
123a222、提示:設F(x)?g(x)?f(x)?x?2ax?3alnx?b則F?(x)?x?2a?
2x(x?a)(x?3a)=(x?0)?a?0,∴ 當x?a時,F?(x)?0,x 故F(x)在(0,a)上為減函數,在(a,??)上為增函數,于是函數F(x)在(0,??)上的最小值是F(a)?f(a)?g(a)?0,故當x?0時,有f(x)?g(x)?0,即f(x)?g(x)
3、提示:函數f(x)的定義域為(?1,??),f?(x)?11x ??1?x(1?x)2(1?x)2∴當?1?x?0時,f?(x)?0,即f(x)在x?(?1,0)上為減函數
當x?0時,f?(x)?0,即f(x)在x?(0,??)上為增函數
因此在x?0時,f(x)取得極小值f(0)?0,而且是最小值
x1,即ln(1?x)?1? 1?x1?xa1bab?1? 于是ln?1? 令1?x??0,則1?bx?1abab因此lna?lnb?1?
a于是f(x)?f(0)?0,從而ln(1?x)? f(x)f(x)xf'(x)?f(x)F(x)?
4、提示:F(x)?,F?(x)?,故在(0,+∞)上是減函數,由a?b ?02xxx有f(a)f(b)?? af(b)≤bf(a)故選(A)ab
第四篇:構造函數證明不等式
在含有兩個或兩個以上字母的不等式中,若使用其它方法不能解決,可將一邊整理為零,而另一邊為某個字母的二次式,這時可考慮用判別式法。一般對與一元二次函數有關或能通過等價轉化為一元二次方程的,都可考慮使用判別式,但使用時要注意根的取值范圍和題目本身條件的限制。
例1.設:a、b、c∈R,證明:a2?ac?c2?3b(a?b?c)?0成立,并指出等號何時成立。
解析:令f(a)?a2?(3b?c)a?c2?3b2?3bc
⊿=(3b?c)2?4(c2?3b2?3bc)??3(b?c)2 ∵b、c∈R,∴⊿≤0 即:f(a)?0,∴a2?ac?c2?3b(a?b?c)?0恒成立。
當⊿=0時,b?c?0,此時,f(a)?a2?ac?c2?3ab?(a?c)2?0,∴a??b?c時,不等式取等號。
?4?例2.已知:a,b,c?R且a?b?c?2,a2?b2?c2?2,求證: a,b,c??0,?。
?3??a?b?c?222解析:?2 消去c得:此方程恒成立,a?(b?2)a?b?2b?1?0,22?a?b?c?2∴⊿=(b?2)2?4(b2?2b?1)??3b2?4b?0,即:0?b??4?同理可求得a,c??0,?
?3?4。3② 構造函數逆用判別式證明不等式
對某些不等式證明,若能根據其條件和結論,結合判別式的結構特征,通過構造二項平方和函數:f(x)?(a1x?b1)2?(a2x?b2)2???(anx?bn)2
由f(x)?0,得⊿≤0,就可以使一些用一般方法處理較繁瑣的問題,獲得簡捷明快的證明。
例3.設a,b,c,d?R?且a?b?c?d?1,求證:4a?1?4b?1?4c?1?4d?1﹤6。解析:構造函數:
f(x)?(4a?1x?1)2?(4b?1x?1)2?(4c?1x?1)2?(4d?1x?1)
2=8x2?2(4a?1?4b?1?4c?1?4d?1)x?4.(?a?b?c?d?1)由f(x)?0,得⊿≤0,即⊿=4(4a?1?4b?1?4c?1?4d?1)2?128?0.∴4a?1?4b?1?4c?1?4d?1?42﹤6.例4.設a,b,c,d?R?且a?b?c?1,求解析:構造函數f(x)?(=(1ax?a)2?(149??的最小值。abc2bx?b)2?(3cx?c)2
1492??)x?12x?1,(?a?b?c?1)abc111由f(x)?0(當且僅當a?,b?,c?時取等號),632149得⊿≤0,即⊿=144-4(??)≤0
abc111149
∴當a?,b?,c?時,(??)min?36 632abc
構造函數證明不等式
1、利用函數的單調性
+例
5、巳知a、b、c∈R,且a b?mb[分析]本題可以用比較法、分析法等多種方法證明。若采用函數思想,構造出與所證不等式密切相關的函數,利用函數的單調性來比較函數值而證之,思路則更為清新。
a?x+,其中x∈R,0 b?xb?x證明:令 f(x)= ∵b-a>0 b?a+ 在R上為減函數 b?xb?a+從而f(x)= 在R上為增函數 b?x∴y= ∵m>0 ∴f(m)> f(0) ∴a?ma> b?mb例 6、求證:a?b1?a?b≤ a?b1?a?b(a、b∈R) [分析]本題若直接運用比較法或放縮法,很難尋其線索。若考慮構造函數,運用函數的單調性證明,問題將迎刃而解。 [證明]令 f(x)= x,可證得f(x)在[0,∞)上是增函數(證略)1?x 而 0<∣a+b∣≤∣a∣+∣b∣ 得 f(∣a+b∣)≤ f(∣a∣+∣b∣) 即: a?b1?a?b≤ a?b1?a?b [說明]要證明函數f(x)是增函數還是減函數,若用定義來證明,則證明過程是用比較法證明f(x1)與f(x2)的大小關系;反過來,證明不等式又可以利用函數的單調性。 2、利用函數的值域 例 7、若x為任意實數,求證:— x11≤≤ 221?x2[分析]本題可以直接使用分析法或比較法證明,但過程較繁。聯想到函數的值域,于是構造函數f(x)= x11,從而只需證明f(x)的值域為[—,]即可。 1?x222x2證明:設 y=,則yx-x+y=0 21?x ∵x為任意實數 ∴上式中Δ≥0,即(-1)-4y≥0 1 411得:—≤y≤ 22x11 ∴—≤≤ 21?x22 ∴y≤2[說明]應用判別式說明不等式,應特別注意函數的定義域。 另證:類比萬能公式中的正弦公式構造三角函數更簡單。 例 8、求證:必存在常數a,使得Lg(xy)≤ Lga.lg2x?lg2y 對大于1的任意x與y恒成立。 [分析]此例即證a的存在性,可先分離參數,視參數為變元的函數,然后根據變元函數的值域來求解a,從而說明常數a的存在性。若s≥f(t)恒成立,則s的最小值為f(t)的最大值;若 s≤f(t)恒成立,則s的最大值為f(t)的最小值。 22證明:∵lgx?lgy > 0(x>1,y>1)∴原不等式可變形為:Lga≥ lgx?lgylgx?lgy22 2(lgx?lgy)2lgxlgy 令 f(x)= == 1?222222lgx?lgylgx?lgylgx?lgylgx?lgy 而 lgx>0,lgy>0, ∴lgx+lgy ≥ 2lgxlgy > 0 ∴2lgxlgy≤1 22lgx?lgy ∴ 1 從而要使原不等式對于大于1的任意x與y恒成立,只需Lga≥2即 a≥10 2即可。 故必存在常數a,使原不等式對大于1的任意x、y恒成立。 3、運用函數的奇偶性 xx<(x≠0)1?2x2xx 證明:設f(x)=-(x≠0)x1?22 例 9、證明不等式: ?x?x?x2xx ∵f(-x)=-= x+ ?x1?222?12xxx [1-(1-2)]+ 1?2x2xx =-x+= f(x)x1?22 = ∴f(x)的圖象關于y軸對稱 x ∵當x>0時,1-2<0,故f(x)<0 當x<0時,根據圖象的對稱性知f(x)<0 故當 x≠0時,恒有f(x)<0 即:xx<(x≠0)x1?22 [小結]本題運用了比較法,實質是根據函數的奇偶性來證明的,本題也可以運用分類討論思想。但利用偶函數的軸對稱性和奇函數的中心對稱性,常能使所求解的問題避免復雜的討論。 在含有兩個或兩個以上字母的不等式中,若使用其它方法不能解決,可將一邊整理為零,而另一邊為某個字母的二次式,這時可考慮用判別式法。一般對與一元二次函數有關或能通過等價轉化為一元二次方程的,都可考慮使用判別式,但使用時要注意根的取值范圍和題目本身條件的限制。 例1.設:a、b、c∈R,證明:a2?ac?c2?3b(a?b?c)?0成立,并指出等號 何時成立。 解析:令f(a)?a2?(3b?c)a?c2?3b2?3bc ⊿=(3b?c)2?4(c2?3b2?3bc)??3(b?c) 2∵b、c∈R,∴⊿≤0 即:f(a)?0,∴a2?ac?c2?3b(a?b?c)?0恒成立。 當⊿=0時,b?c?0,此時,f(a)?a2?ac?c2?3ab?(a?c)2?0,∴a??b?c時,不等式取等號。 ?4?例2.已知:a,b,c?R且a?b?c?2,a2?b2?c2?2,求證: a,b,c??0,?。?3? ?a?b?c?222解析:?2 消去c得:此方程恒成立,a?(b?2)a?b?2b?1?0,22?a?b?c? 2∴⊿=(b?2)2?4(b2?2b?1)??3b2?4b?0,即:0?b? ?4?同理可求得a,c??0,? ?3?4。 3② 構造函數逆用判別式證明不等式 對某些不等式證明,若能根據其條件和結論,結合判別式的結構特征,通過構造二項平方和函數:f(x)?(a1x?b1)2?(a2x?b2)2???(anx?bn)2 由f(x)?0,得⊿≤0,就可以使一些用一般方法處理較繁瑣的問題,獲得簡捷明快的證明。 例3.設a,b,c,d?R?且a?b?c?d?1,求證:a?1?4b?1?4c?1?4d?1﹤6。 解析:構造函數: f(x)?(4a?1x?1)2?(4b?1x?1)2?(4c?1x?1)2?(4d?1x?1)2 =8x2?2(4a?1?4b?1?4c?1?4d?1)x?4.(?a?b?c?d?1) 由f(x)?0,得⊿≤0,即⊿=4(4a?1?4b?1?4c?1?4d?1)2?128?0.∴4a?1?4b?1?4c?1?4d?1?42﹤6.例4.設a,b,c,d?R?且a?b?c?1,求 解析:構造函數f(x)?(=(1ax?a)2?(149??的最小值。abc2x?b)2?(3cx?)2 1492??)x?12x?1,(?a?b?c?1)abc 111由f(x)?0(當且僅當a?,b?,c?時取等號),632 149得⊿≤0,即⊿=144-4(??)≤0 abc 111149∴當a?,b?,c?時,(??)min?36 632abc 構造函數證明不等式 1、利用函數的單調性 +例 5、巳知a、b、c∈R,且a 求證: a?ma> b?mb [分析]本題可以用比較法、分析法等多種方法證明。若采用函數思想,構造出與所證不 等式密切相關的函數,利用函數的單調性來比較函數值而證之,思路則更為清新。第五篇:構造函數證明不等式