高中數學,函數綜合題——高考必出題,常見方法需要你掌握

原題

原題:已知函數f(x)=(1+lnx)/x-a(a∈R)。

⑴若f(x)≤0在(0,+∞)上恆成立,求a的取值範圍,並證明:對任意的n∈N+,都有1+1/2+1/3+…+1/n>ln(n+1);

⑵設g(x)=(x-1)^2·e^x,試討論方程f(x)=g(x)實數根的個數。

高中數學,函數綜合題——高考必出題,常見方法需要你掌握

該題分為兩問,第一問又分為兩個小問,

第二問是討論方程f(x)=g(x)實數根的個數,且函數f(x)中存在字母a。

第一步,將字母a單獨的表示出來,即a=h(x)的形式;

第二步,將等式左邊看成直線y=a,將等式右邊看成一個函數,求出等式右邊的函數的曲線變化——函數的單調性和該函數的最大值和最小值;

第三步,根據字母a的變化區間得出與該函數h(x)的交點的個數。

下面就講解題的過程中詳細的説明常見方法的解題步驟。

第一問

第一問的第一小問是一個恆成立的問題,求實數a的取值範圍,這樣的題也是有常見的方法。

常見的方法:

第一步,根據f(x)≤0在(0,+∞)恆成立,導數a≥一個函數恆成立的形式(有的題中可能是小於等於);

第二步,求出該函數的最大值;

第三步,a大於等於該函數的最大值,就得出該a的範圍。

因為a大於等於該函數的最大值了,所以a大於等於該函數是恆成立的,即滿足了f(x)≤0在(0,+∞)恆成立這一條件。

根據f(x)≤0在(0,+∞)恆成立,則有(1+lnx)/x-a≤0在(0,+∞)恆成立,則有a≥(1+lnx)/x在(0,+∞)恆成立。

設t(x)=(1+lnx)/x,則有一次導數t'(x)=-lnx/x^2,x>0.

當0<x<1時,lnx<0,則-lnx>0,則一次導數t'(x)>0,所以此時函數t(x)單調遞增;

當x>1時,lnx>0,則-lnx<0,則一次導數t'(x)<0,所有此時函數t(x)單調遞減。

所以函數t(x)在區間(0,+∞)上是先增後減函數,則該函數有最大值,即t(x)max=t

綜上所述a≥1,所以a的取值範圍為[1,+∞)。

該證明需要藉助第一問的第一小問來證明,即使我們不知道第一小問給出的已知,這樣的題也是要找到中間的媒介來傳達大於的這種關係,而常見的不等式中就存在着很多不等式的媒介,是需要我們平時積累的內容,詳細可見

上述我們已經求出函數t(x)的最大值1,所以我們得出的結論就是(1+lnx)/x≤1,即lnx≤x-1。

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因為這裏的是對任意的n∈N+,當x=1是該不等式lnx≤x-1等號成立,當x>1時,則有lnx<x-1恆成立。

令x=(n+1)/n>1,則有ln[(n+1)/n]<(n+1)/n-1=1/n。

所以1+1/2+1/3+…+1/n>ln(2/1)+ln(3/2)+ln(4/3)+…+ln[(n+1)/n]。

因為ln(2/1)+ln(3/2)+ln(4/3)+…+ln[(n+1)/n]=ln[2/1×3/2×4/3×…×(n+1)/n]=ln(n+1)。

所以有1+1/2+1/3+…+1/n>ln(n+1).

第二問

第二問實際上是求帶字母的方程零點的個數,該等式不管如何變形,它的解是不會變的,所以將該方程變形只是將該方程賦予一個新的幾何意義罷了。

第一步,將字母a單獨表示出來。

因為g(x)=(x-1)^2·e^x,f(x)=(1+lnx)/x-a,且g(x)=f(x),則有(x-1)^2·e^x=(1+lnx)/x-a。

將上述方程變形得到a=(1+lnx)/x-(x-1)^2·e^x。

設h(x)=(1+lnx)/x-(x-1)^2·e^x,則有a=h(x)。

第二步,求出函數h(x)的最大值和最小值。

因為h(x)=(1+lnx)/x-(x-1)^2·e^x,(x>0),則一次導數h'(x)=-lnx/x^2-(x^2-1)e^x。

當0<x<1時,-lnx>0,-(x^2-1)>0,則有h'(x)>0,此時函數h(x)單調遞增;

當x>1時,-lnx<0,-(x^2-1)<0,則有h'(x)<0,此時函數h(x)單調遞減。

當x趨近0時,h(x)趨近於-∞;

當x趨近正無窮時,函數h(x)趨近於-∞.

根據函數h(x)的單調性和最大值以及最小值,可以畫出該函數的大致圖像,如圖:

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第三步,分別説明方程f(x)=g(x)實數根的個數。

當a>1時,方程f(x)=g(x)實數根的個數為0個;

當a=1時,方程f(x)=g(x)實數根的個數為1個;

當a<1時,方程f(x)=g(x)實數根的個數為2個不同的實數解。

總結

函數的綜合題一般結合了恆成立的問題,方程零點問題,數列問題等等。

這些問題一般都有普遍的解題方法,但是也存在個別的特殊情況,但是無論是常見的方法還是特殊的情況的解法都需要大家掌握。

數學雖然要靠不斷的計算和練習來達到孰能生巧,靈活運用各個知識點,但是僅僅靠這些還是不夠的,數學也是需要積累的,積累的不僅僅是一些公式和拓展公式,更要積累些常見的方法和特殊的方法。

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