导数与不等式联姻的解决策略

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  【摘要】利用导数来解决不等式问题,越来越多的被作为考查的重点出现在近几年的高考题中,本文就这点结合教学过程中的实际来简单探讨一下。
  【关键词】高中数学 导数 不等式
  不等式是高中数学中的基本问题,它也是高考必考查的一类问题,通常是不等式的解法、含有参数的不等式、不等式的證明等。它可以和函数、数列等知识进行综合考查,考查函数思想、分类讨论思想、可以很好的考查考生的综合分析和解决问题的能力。本文就高考中和平时练习中出现的一些题型,兹举几例进行说明。
  一、利用导数来证明不等式问题
  (一)利用导数得出函数单调性来证明不等式
  我们知道函数在某个区间上的导数值大于(或小于)0时,则该函数在该区间上单调递增(或递减)。因而在证明不等式时,根据不等式的特点,有时可以构造函数,用导数证明该函数的单调性,然后再用函数单调性达到证明不等式的目的。即把证明不等式转化为证明函数的单调性。具体有如下几种形式:
  1、直接构造函数,然后用导数证明该函数的增减性;再利用函数在它的同一单调递增(减)区间,自变量越大,函数值越大(小),来证明不等式成立。
  例1:x>0时,求证;x -ln(1+x)<0
  证明:设f(x)= x -ln(1+x) (x>0), 则f (x)=
  ∵x>0,∴f (x)<0,故f(x)在(0,+∞)上递减,
  所以x>0时,f(x)  2、把不等式变形后再构造函数,然后利用导数证明该函数的单调性,达到证明不等式的目的。
  例2:已知:a,b∈R,b>a>e, 求证:ab>b a, (e为自然对数的底)
  证明:要证ab>b a只需证lnab>lnba 即证:blna-alnb>0
  设f(x)=xlna-alnx (x>a>e);则f (x)=lna- ,
  ∵a>e,x>a ∴lna>1, <1,∴f (x)>0,因而f(x)在(e, +∞)上递增
  ∵b>a,∴f(b)>f(a);故blna-alnb>alna-alna=0;即blna>alnb
  所以ab>b a成立。
  注意:此题若以a为自变量构造函数f(x)=blnx-xlnb (e  则 ,f′(x)>0时 时 ,故f(x)在区间(e, b)上的增减性要由 的大小而定,当然由题可以推测 ,
  故f(x)在区间(e, b)上递减,但要证明 则需另费周折,因此,本题还是选择以a为自变量来构造函数好,由本例可知用函数单调性证明不等式时,如何选择自变量来构造函数是比较重要的。
  (二)利用导数求出函数的最值(或值域)后,再证明不等式。
  导数的另一个作用是求函数的最值。 因而在证明不等式时,根据不等式的特点,有时可以构造函数,用导数求出该函数的最值;由当该函数取最大(或最小)值时不等式都成立,可得该不等式恒成立。从而把证明不等式问题转化为函数求最值问题。利用导数求出函数的最大(小)值,再证明不等式:
  例3:求证:n∈N*,n≥3时,2n >2n+1
  证明:要证原式,即需证:2n-2n-1>0,n≥3时成立
  设f(x)=2x-2x-1(x≥3),则f (x)=2xln2-2(x≥3),
  ∵x≥3,∴f (x)≥23ln3-2>0
  ∴f(x)在[3,+∞ 上是增函数,
  ∴f(x)的最小值为f(3)=23-2×3-1=1>0
  所以,n∈N*,n≥3时,f(n)≥f(3)>0, 即n≥3时,2n-2n-1>0成立,
  二、利用导数解决不等式恒成立问题
  不等式恒成立问题,一般都会涉及到求参数范围,往往把变量分离后可以转化为m>f(x) (或m  例4:已知函数 ,对f(x)定义域内任意的x的值,f(x)≥27恒成立,求a的取值范围。
  解:函数f(x)的定义域为(0,+∞),由f(x)≥27对一切x∈(0,+∞)恒成立
  知 对一切x∈(0,+∞)恒成立,
  即 对x∈(0,+∞)恒成立
  设 则 ,由h′(x)=0解
  h′(x)>0时,解得00时x>
  所以h(x)在(0, )上递增,在( ,+∞)上递减,
  故h(x)的最大值为 ,所以
  总之,无论是证明不等式,还是解不等式,只要在解题过程中需要用到函数的单调性或最值,我们都可以用导数作工具来解决,这是导数的一个新的应用,也是转化与化归思想在高中数学中的重要体现。
  【参考文献】
  [1]郭建理;运用导数解决不等式问题的几点思考[J];中学数学, 2012(1)
  [2]陈万斌;用导数法解决含参数不等式恒成立问题[J];中学生理科应试,2013(3)
  [3]罗春才;浅谈利用导数处理不等式有关的问题[J];魅力中国,2009(5)
  [4]陈建国;浅谈导数的应用[J];经营管理者,2015(22)
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