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
(1).设\(x=2\)是\(f(x)\)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\(a=\cfrac{1}{2e^2}\);
即\(f(x)=\cfrac{e^x}{2e^2}-lnx-1\);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,
当\(0< x <2\)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\(a\ge \cfrac{1}{e}\)是\(f(x)\ge 0\)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,
令\(h(x)= \cfrac{lnx+1}{e^x}\),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
当\(0<x<1\)时,\(h'(x)>0\),\(h(x)\)单调递增,
当\(x>1\)时,\(h'(x)<0\),\(h(x)\)单调递减,
故\(x=1\)时,函数\(h(x)_{max}=h(1)=\cfrac{1}{e}\),
即\(a\geqslant \cfrac{1}{e}\),也就是说
当\(a\ge \cfrac{1}{e}\)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\(lnx\)或\(ln(x+1)\)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,
当\(a\ge \cfrac{1}{e}\)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。
当\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,\(f(x)\ge \cfrac{e^x}{e}-lnx-1\),
设\(g(x)=\cfrac{e^x}{e}-lnx-1\),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,\(g'(x)>0\),
即\(x=1\)是函数\(g(x)\)的最小值点,则\(x>0\)时,\(g(x)\ge g(1)=0\),
故\(a\ge \cfrac{1}{e}\)时,\(f(x)\ge 0\)。
(1).求曲线\(y=f(x)\)在点\((0,-1)\)处的切线方程。
分析:\(f'(x)=\cfrac{(2ax+1)e^x-(ax^2+x-1)e^x}{(e^x)^2}=\cfrac{-ax^2+2ax-x+2}{e^x}\)
由\(f'(0)=2\),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\(\cfrac{ax^2+x-1}{e^x}+e\geqslant \cfrac{x^2+x-1}{e^x}+e=\cfrac{x^2+x-1+e^{x+1}}{e^x}=(x^2+x-1+e^{x+1})\cdot e^{-x}\)
即\(f(x)+e\geqslant (x^2+x-1+e^{x+1})\cdot e^{-x}\),
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;
令\(g(x)=x^2+x-1+e^{x+1}\),则\(g'(x)=2x+1+e^{x+1}\),解题经验2
当\(x<-1\)时,\(g'(x)<0\),\(g(x)\)单调递减,当\(x>-1\)时,\(g'(x)>0\),\(g(x)\)单调递增,
故\(g(x)_{min}=g(-1)=0\),故有\(g(x)\ge g(-1)=0\)
则\(g(x)\cdot e^{-x}\ge g(-1)\cdot e^{-x}=0\),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。
来源:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/12392108.html