含参数的恒成立命题证明策略

青春壹個敷衍的年華 提交于 2020-03-03 10:33:52

前言

未完待续;

题型结构

形如:题目给定了某函数\(f(x)=\cfrac{ax^2+x-1}{e^x}\),证明:当\(a\ge 1\)时,\(f(x)+e\ge 0\)

思路总结

1、利用不等式性质,消化掉题目中的参数;

2、利用左右相减做差构造新函数,证明新函数的最值;

3、若能分离参数,利用恒成立命题求解参数的取值范围,此范围只要包括\(D\)即可。

典例剖析

例1【2018年全国卷Ⅰ卷文科数学第21题】 函数\(f(x)=a\cdot e^x-lnx-1\)

(1).设\(x=2\)\(f(x)\)的极值点,求\(a\),并求\(f(x)\)的单调区间。

分析:\(f'(x)=ae^x-\cfrac{1}{x}\),由\(f'(2)=0\),解得\(a=\cfrac{1}{2e^2}\)

\(f(x)=\cfrac{e^x}{2e^2}-lnx-1\);下面求单调区间,定义域是\((0,+\infty)\)

[法1]:\(f'(x)=\cfrac{e^x}{2e^2}-\cfrac{1}{x}=\cfrac{1}{2e^2}\cdot \cfrac{xe^x-2e^2}{x}\)

到此,结合题目给定的\(f'(2)=0\),猜想验证,写出结果,

\(0< x <2\)时,\(f'(x )<0\),当\(x >2\)时,\(f'(x) >0\)

故单调递减区间是\((0,2)\),单调递增区间是\((2,+\infty)\)

[法2]:令\(f'(x)>0\),即\(\cfrac{e^x}{2e^2}>\cfrac{1}{x}\),即\(xe^x-2e^2>0\),观察可得,\(x >2\)

同理,令\(f'(x)<0\),可得\(0< x < 2\)

故单调递减区间是\((0,2)\),单调递增区间是\((2,+\infty)\)

(2).证明\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,\(f(x)\ge 0\)

[法1]:已知题目\(a\ge \cfrac{1}{e}\)\(f(x)\ge 0\)的充分条件,转化为求\(f(x)\ge 0\)恒成立时,求解\(a\)的取值范围,即必要条件。

由题目\(f(x)\ge 0\)可知,\(ae^x-lnx-1 \ge 0\),即\(ae^x\ge lnx+1\)

分离参数得到\(a\ge \cfrac{lnx+1}{e^x}\)恒成立,

\(h(x)= \cfrac{lnx+1}{e^x}\),只需要求得\(h(x)_{max}\)

\(h'(x)=\cfrac{\cfrac{1}{x}e^x-(lnx+1)e^x}{(e^x)^2}=\cfrac{\cfrac{1}{x}-lnx-1}{e^x}\)

\(=\cfrac{1}{e^x}\cdot \cfrac{(1-x)-x\cdot lnx}{x}\),解题经验1

\(0<x<1\)时,\(h'(x)>0\)\(h(x)\)单调递增,

\(x>1\)时,\(h'(x)<0\)\(h(x)\)单调递减,

\(x=1\)时,函数\(h(x)_{max}=h(1)=\cfrac{1}{e}\)

\(a\geqslant \cfrac{1}{e}\),也就是说

\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,必然能得到\(f(x)\ge 0\),证毕。

小结:1、本题转而求\(f'(x)\ge 0\)的必要条件。2、注意含有\(lnx\)\(ln(x+1)\)的表达式的分点的尝试,其实质是数学中的观察法。

[法2]:利用不等式性质,先将参数设法消化,

\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,\(f(x)\ge \cfrac{e^x}{e}-lnx-1=g(x)\)

此时只需要说明\(g(x)_{min}\ge 0\)即可。

\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,\(f(x)\ge \cfrac{e^x}{e}-lnx-1\)

\(g(x)=\cfrac{e^x}{e}-lnx-1\),则\(g'(x)=\cfrac{e^x}{e}-\cfrac{1}{x}=\cfrac{1}{e}\cdot \cfrac{xe^x-1\cdot e^1}{x}\)

故用观察法容易得到

\(0< x <1\)时,\(g'(x)<0\)\(x > 1\)时,\(g'(x)>0\)

\(x=1\)是函数\(g(x)\)的最小值点,则\(x>0\)时,\(g(x)\ge g(1)=0\)

\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,\(f(x)\ge 0\)

例2【2018年全国卷Ⅲ卷文科数学第21题】已知函数\(f(x)=\cfrac{ax^2+x-1}{e^x}\).

(1).求曲线\(y=f(x)\)在点\((0,-1)\)处的切线方程。

分析:\(f'(x)=\cfrac{(2ax+1)e^x-(ax^2+x-1)e^x}{(e^x)^2}=\cfrac{-ax^2+2ax-x+2}{e^x}\)

\(f'(0)=2\),故由点斜式得到切线方程为\(y-(-1)=2(x-0)\),即\(2x-y-2=0\)

(2).证明:当\(a\ge 1\)时,\(f(x)+e\ge 0\)

证明:当\(a\ge 1\)时,则有\(ax^2+x-1\geqslant x^2+x-1\)

则有\(\cfrac{ax^2+x-1}{e^x}+e\geqslant \cfrac{x^2+x-1}{e^x}+e=\cfrac{x^2+x-1+e^{x+1}}{e^x}=(x^2+x-1+e^{x+1})\cdot e^{-x}\)

\(f(x)+e\geqslant (x^2+x-1+e^{x+1})\cdot e^{-x}\)

由于\(e^{-x}>0\)恒成立,故可以考虑甩掉她,转化为证明\(x^2+x-1+e^{x+1}\geqslant 0\)即可;

\(g(x)=x^2+x-1+e^{x+1}\),则\(g'(x)=2x+1+e^{x+1}\),解题经验2

\(x<-1\)时,\(g'(x)<0\)\(g(x)\)单调递减,当\(x>-1\)时,\(g'(x)>0\)\(g(x)\)单调递增,

\(g(x)_{min}=g(-1)=0\),故有\(g(x)\ge g(-1)=0\)

\(g(x)\cdot e^{-x}\ge g(-1)\cdot e^{-x}=0\),即\(f(x)+e\ge 0\)

【解后反思】利用不等式性质,将参数的取值范围消化,然后问题转化为不含参数的不等式恒成立问题,再设法求新函数的最值。

例3



  1. 说明:此时有一个很实用的数学常识,当表达式中含有\(lnx\)时常常用\(x=1\)来尝试寻找分点。
    比如此题中\(h'(1)=0\),然后分\((0,1)\)\((1,+\infty)\)两段上分别尝试判断其正负,从而得到如下:

  2. 导数的解答题到此,我们可以这样寻找分界点,当题目中含有\(e^x\)时,可以考虑用\(x=0\)来尝试分界点,由于\(e^0=1\);当题目中含有\(lnx\)时,可以考虑用\(x=1\)来尝试分界点,由于\(ln1=0\),我们很容易发现,\(x=-1\)是分界点,故可以这样写结果,

标签
易学教程内所有资源均来自网络或用户发布的内容,如有违反法律规定的内容欢迎反馈
该文章没有解决你所遇到的问题?点击提问,说说你的问题,让更多的人一起探讨吧!