深入导数本源,浅出抽象答案

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  [摘  要] 导数是高中数学判断函数单调性的有力工具. 归其本源,抽象函数的导数也掩藏不住其单调性的实质,如Af′(x)+B的不等式关系就体现了某个函数的单调性本源. 深入导数的本源便可以简化“构造”过程,特别是解决选填题目时可以让答案浅显易出.
  [关键词] 导数本源;抽象函数;一叶知秋法;构造法
  利用导数来判断抽象函数的单调性是历年高考的热点,也是难点. 通常采用“构造法”来解決此类问题,构造法的“构造”过程复杂易错,“构造”的结果也不能保证恰到好处. 在深入导数的本源后不难发现,与导数有关的不等式无非体现了某个函数的单调性,能否避免“构造法”繁杂易错的构造过程,不必去刻意追究这个函数具体样子呢?在此思想的驱使下,笔者探索出一种针对选填题时的有效方法,取名:一叶知秋法.
  纵观历年此类试题,给题形式大致一样,其本质如下:
  1. 给出Af′(x)+B的不等式关系. (实质是为了能构造新函数)
  2. 需判定f(x)与f(x)中括号内的大小关系.
  首先我们先来总结一下常见函数的导数形式.
  [?] 对函数求导
  1. 求导后含“+”号
  g(x)=xf(x)?g′(x)=f(x)+xf′(x)
  g(x)=xnf(x)?g′(x)=nxn-1f(x)+xnf′(x)
  g(x)=exf(x)?g′(x)=exf(x)+exf′(x)
  g(x)=enxf(x)?g′(x)=nenxf(x)+enxf′(x)
  g(x)=f(x)sinx?g′(x)=f′(x)sinx+f(x)cosx
  g(x)=?g′(x)=
  2.求导后含“-”号
  g(x)=?g′(x)=
  g(x)=?g′(x)=
  g(x)=?g′(x)=
  g(x)=?g′(x)=
  g(x)=?g′(x)=
  g(x)=f(x)cosx?g′(x)=f′(x)cosx-f(x)sinx
  [?] 构造函数归类
  xf′(x)+f(x)?g(x)=xf(x)
  f′(x)+f(x)?g(x)=exf(x)
  f′(x)+nf(x)?g(x)=enxf(x)
  xf′(x)+nf(x)?g(x)=xnf(x)
  xf′(x)-f(x)?g(x)=
  f′(x)-f(x)?g(x)=
  f′(x)-nf(x)?g(x)=
  xf′(x)-nf(x)?g(x)=
  概括为Af′(x)+B的形式,构造函数g(x):
  显然由Af′(x)+B>0?g(x)递增,若x>x,则g(x)>g(x);若x<x,则g(x)<g(x). 由Af′(x)+B<0?g(x)递减,若x>x,则g(x)<g(x);若x<x,则g(x)>g(x).
  针对选填题时,我们无须构造出具体的函数,而是“心中有物,未有其形”,但有其性即可. 常见形式分如下两种.
  (一)没有给出f(x)=a这一条件
  例1:若函数f(x)满足f(x)+f′(x)>0,则有( )
  A. ef(2)<f(1)
  B. ef(2)=f(1)
  C. ef(2)>f(1)
  D. 无法确定ef(2)与f(1)的大小关系
  解析:因为f(x)+f′(x)>0,即对应的函数g(x)递增,又因为2>1,所以ef(2)>f(1),选C.
  例2:(2020安徽模拟考)若函数f(x)的导数为f′(x),对任意的x∈R,满足f′(x)>f(x)成立,则有(  )
  A. 3f(ln2)>2f(ln3)
  B. 3f(ln2)=2f(ln3)
  C. 3f(ln2)<2f(ln3)
  D. 无法确定
  解析:因为f′(x)>f(x),所以对应的g(x)递增. 又因为ln3>ln2,所以2f(ln3)>3f(ln2),选C.
  例3:(2019株洲市校考)f′(x)是定义在(-∞,+∞)上的导函数,且满足f(x)+xf′(x)<0,若a=2f(2),b=f(1),c=-f(-1),则a,b,c的大小关系为________.
  解析:因为f(x)+xf′(x)<0,所以对应的g(x)递减,又因为-1<1<2,所以c>b>a.
  例4:已知f(x)是定义在R上的函数,满足f′(x)<f(x),则以下选项正确的是( )
  A. f(2)>e2f(0),f(2014)>e2014f(0)
  B. f(2)<e2f(0),f(2014)>e2014f(0)
  C. f(2)>e2f(0),f(2014)<e2014f(0)
  D. f(2)<e2f(0),f(2014)<e2014f(0)
  解析:因为f′(x)-f(x)<0,所以对应的g(x)递减. 又因为2>0,2014>0,所以f(2)<e2f(0),f(2014)<e2014f(0),选D.
  例5:(2019大庆二模理)定义在(0,+∞)上的导函数f(x),满足xf′(x)<f(x),则不等式x2f   >f(x)的解集为(    )
  A. (0,1)
  B. (1,+∞)
  C.
  ,1
  ∪(1,+∞)
  D.
  ,+∞
  解析:因为xf′(x)-f(x)<0,所以对应的g(x)递减. 又因为x2f
  >f(x),所以
  <x,
  x>0,所以x>1,所以x∈(1,+∞),选B.
  综上,总结解题步骤:
  1. 确定Af′(x)中A为正和不等号方向;
  2. 若Af′(x)+B>0,则g(x)为正,若Af′(x)+B<0,则g(x)为负;
  3. 判断函数中f(x)和f(x)中x与x的大小关系;
  4. 根据单调性写出解集.
  (二)给出f(x)=a这一条件
  例6:(2017南充市三模理)定义在R上的函数f(x),满足f(x)+f′(x)<e且f(0)=e+2,则不等式exf(x)>ex+1+2的解集为
  (  )
  A. (-∞,0)
  B. (-∞,e+2)
  C. (-∞,0)∪(e+2,+∞)
  D. (0,+∞)
  解析1:设g(x)=exf(x)-ex+1-2(x∈R),则g′(x)=exf(x)+exf′(x)-ex+1=ex[f(x)+f′(x)-e].
  因为f(x)+f′(x)<e,所以f(x)+f′(x)-e<0,所以g′(x)<0,所以y=g(x)在定义域上单调递减. 因为f(0)=e+2,所以g(0)=e0f(0)-e-2=e+2-e-2=0,所以g(x)>g(0),所以x<0,所以解集为(-∞,0),选A.
  以上解法較为复杂,设g(x)=exf(x)-ex+1-2不容易想到,现在按以下步骤解决:
  1. 确定Af′(x)中A为正和不等号方向;
  2. 判断g(x)的单调性;
  3. 确保将函数f(x)=a中的常数x带入除f(x)以外的方程中满足a,则找f(x)与f(x);
  4. 通过性质写出解集.
  解析2:因为f(x)+f′(x)<e,所以g(x)递减. 又因为exf(x)>ex+1+2中除去f(x)以外的不等式中,右边为e+2=f(0),所以g(x)>g(0),所以x<0,选A.
  例7:定义在R上的导函数f(x)满足f(x)>f′(x)且f(0)=1,则不等式f(x)<ex的解集为(  )
  A. (-∞,2) B. (2,+∞)
  C. (-∞,0) D. (0,+∞)
  解析:因为f′(x)<f(x),所以g(x)递减. 又因为f(x)<ex中把0代入除f(x)以外的不等式中,右边为1,所以g(x)<g(0),所以x>0,选D.
  例8:定义在R上的导函数f(x)满足f′(x)-2f(x)>4且f(0)=-1,则不等式f(x)+2>e2x的解集为(  )
  A. (0,+∞) B. (-1,+∞)
  C. (-∞,0) D. (-∞,-1)
  解析:因为f′(x)-2f(x)>4,所以g(x)递增. 又把0代入f(x)+2>e2x中除f(x)以外的右边为-1,所以g(x)>g(0),所以x>0,选A.
  例9:已知定义在R上的函数f(x)的导数f′(x),若对任意的实数x均满足f′(x)>恒成立,且f(3)=,则不等式f(x2-2x)<(x2-2x)+3的解集为______.
  解析:因为f′(x)>,所以g(x)递增. 又因为把3代入(x2-2x)+3=,所以g(x2-2x)<g(3),所以x2-2x<3,所以-1<x<3,所以解集为(-1,3).
  数学的意义就是探索万物的本质,只要抓住事物的本质,其衍生问题都容易解决,这便是“一叶知秋法”. 正如这与导数相关的抽象函数问题,其本质就是单调性,抓住了就能得出答案.
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