第一篇:一道典型的函數(shù)極值點(diǎn)討論與不等式問題
一道典型的函數(shù)極值點(diǎn)討論與不等式問題
已知函數(shù)f(x)?ex?2x2?3x.(1)判斷函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,1]上極值點(diǎn)情形及個(gè)數(shù);
(2)當(dāng)x?1時(shí),若關(guān)于x的不等式f(x)?ax恒成立,求實(shí)數(shù)a的取值范圍。
解:(1)f?(x)?ex?4x?3,f??(x)?ex?4?0,所以f?(x)在[0,1]上單調(diào)遞增,又因?yàn)閒?(0)??2?0,f?(1)?e?1?0,所以根據(jù)零點(diǎn)存在性定理,f?(x)在[0,1]內(nèi)只有唯一的零點(diǎn)x0,且當(dāng)x?(0,x0)時(shí),f?(x)?0,當(dāng)x?(x0,1)時(shí),f?(x)?0,所以f(x)只有一個(gè)極小值點(diǎn),無極大值點(diǎn)。
ex
?2x?3,(2)f(x)?ax可以轉(zhuǎn)化為a?x
exex(x?1)?2x?3,x?1,則g?(x)??2?0恒成立,令g(x)?xx2
所以g(x)在[1,??)上單調(diào)遞增,所以g(x)min
ex。?g(1)?e?1.若a??2x?3恒成立,則a?e?1(最值原理)x
第二篇:一道典型的抽象函數(shù)與抽象不等式問題
一道典型的抽象函數(shù)問題
已知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)??2,2),函數(shù)g(x)?f(x?1)?f(3?2x).(1)求函數(shù)g(x)的定義域;
(2)若f(x)為奇函數(shù),并且在定義域上單調(diào)遞減,求不等式g(x)?0的解集。
??2?x?1?21515解:(1)由?得?x?,?g(x)的定義域?yàn)?,).222??2?3?2x?22
(2)若f(x)為奇函數(shù),則g(x)?f(x?1)?f(3?2x)?f(x?1)?f(2x?3),?g(x)?0?f(x?1)?f(2x?3),又f(x)在定義域上單調(diào)遞減,151?x?1?2x?3,解得x?2.又g(x)的定義域?yàn)?,).?不等式g(x)?0的解集為(,2].222
第三篇:函數(shù)和不等式思想在極值點(diǎn)偏移問題中的應(yīng)用
函數(shù)和不等式思想在極值點(diǎn)偏移問題中的應(yīng)用
一、教材分析
1.教材的內(nèi)容
選修
1-1
第三章,本節(jié)屬于專題復(fù)習(xí)課.2.教材所處的地位和作用
微積分的創(chuàng)立是數(shù)學(xué)發(fā)展史中的里程碑,它的發(fā)展應(yīng)用開創(chuàng)了向近代數(shù)學(xué)過渡的新時(shí)期,它為研究變量與函數(shù)提供了重要的方法和手段。導(dǎo)數(shù)的概念是微積分的核心概念之一,它有及其豐富的實(shí)際背景和廣泛的應(yīng)用。在選修模塊中,學(xué)生將通過大量實(shí)例,經(jīng)歷由平均變化率到瞬時(shí)變化率刻畫現(xiàn)實(shí)問題的過程,理解導(dǎo)數(shù)的含義,體會(huì)導(dǎo)數(shù)思想及其內(nèi)涵;應(yīng)用導(dǎo)數(shù)探索函數(shù)的單調(diào),極值等性質(zhì)在實(shí)際中的應(yīng)用,感受導(dǎo)數(shù)在解決數(shù)學(xué)問題和實(shí)際問題中的作用,體會(huì)微積分的產(chǎn)生對(duì)人類文化發(fā)展的價(jià)值。
3.學(xué)情分析
①通過《數(shù)學(xué)必修》中函數(shù),幾何與代數(shù),數(shù)學(xué)建模等內(nèi)容的學(xué)習(xí)以及在《數(shù)學(xué)選修
1-1》中第二,三章內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)具備了函數(shù)的基本知識(shí)和運(yùn)算能力,這為本節(jié)我們討論極值點(diǎn)偏移問題提供了很好的前提與基礎(chǔ)。
②學(xué)生具體研究學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)必修中函數(shù)單調(diào)性的尋找,證明和應(yīng)用及不等式的相關(guān)結(jié)論,具備了一定的探究能力。基于此,學(xué)生會(huì)產(chǎn)生思考,如何運(yùn)用函數(shù)和不等式來解決高考試題中極值點(diǎn)偏移的問題,能否給出一般性的解決方法和步驟,如果能夠得到這類問題較為簡單的解題通法,這個(gè)常常出現(xiàn)在高考數(shù)學(xué)壓軸題
題位置上的難點(diǎn)將不會(huì)再對(duì)我們?cè)斐商y的阻礙,甚至?xí)蔀椴糠滞瑢W(xué)新的得分點(diǎn)。
③教學(xué)對(duì)象是高三年級(jí)理科生,由于學(xué)生年齡和能力及題目本身思維要求高,過程繁,計(jì)算難度大等原因,學(xué)生的思維盡管活躍,敏捷,但卻缺乏冷靜深刻的數(shù)學(xué)思維和解難題的能力,因此所做的探索過于片面,結(jié)論不夠嚴(yán)謹(jǐn).4.教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)
重點(diǎn):函數(shù)構(gòu)造法,對(duì)數(shù)平均不等式和極值點(diǎn)偏移的判定定理
難點(diǎn):函數(shù)構(gòu)造法的結(jié)題步驟,構(gòu)造函數(shù)的選取,對(duì)數(shù)平均不等式的放縮和極值點(diǎn)偏移的判定定理的使用
二、教學(xué)目標(biāo)分析
1.知識(shí)與技能
1.能運(yùn)用函數(shù)和不等式解決導(dǎo)數(shù)應(yīng)用中極值點(diǎn)偏移的問題
2.掌握函數(shù)和不等式解決這類題的一般步驟
3.極值點(diǎn)偏移的判定定理的使用
2、過程與方法
1.通過利用幾何畫板展現(xiàn)極值點(diǎn)偏移的過程,讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)感受極值點(diǎn)偏移的本
質(zhì)原因,激發(fā)學(xué)生探究解決問題的激情,和培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真觀察事物變化過程,總結(jié)變化規(guī)律的習(xí)慣。同時(shí)在此處先不給出極值點(diǎn)偏移的判定定理,而是先用函數(shù)構(gòu)造法和對(duì)數(shù)平均不等式這兩種之前已經(jīng)介紹過的方法來求解例一。重在感受極值偏移的現(xiàn)象,和復(fù)習(xí)歸納已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)方法。
2.結(jié)合例一的解題過程,重點(diǎn)回顧討論解題的方法和步驟,展示這兩種方法的易錯(cuò)點(diǎn)和難點(diǎn)的突破口,樹立學(xué)生解難題的信心規(guī)范學(xué)生的解題過程。然后把時(shí)間向前推移六年到例
2(2010
天津)讓學(xué)生自主模仿例一的解法嘗試來解例二,通過例一的復(fù)習(xí)學(xué)生較容易使用其中的一種或兩種方法得到題目的答案讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)以致用的成就感,同時(shí)也通過兩題的比對(duì)了解到高考題目的變遷歷史體會(huì)該知識(shí)點(diǎn)在高考中的地位清楚今后的復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)方向。
3.展示學(xué)生例二的解題過程并加以點(diǎn)評(píng)后提出更高的要求——有沒有更好的方法,結(jié)合一開始的三張圖片讓學(xué)生再次重新審視極值點(diǎn)偏移的原因回歸到數(shù)學(xué)本質(zhì)上來,不用很精準(zhǔn)只需要說出自己的直觀感受即可,通過這一過程讓學(xué)生鍛煉自己的數(shù)學(xué)直觀想象和數(shù)學(xué)運(yùn)算分析等核心素養(yǎng),同時(shí)也為后面介紹極值點(diǎn)偏移的判定定理做好鋪墊,比較分析函數(shù)構(gòu)造法和對(duì)數(shù)平均不等式的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn),認(rèn)識(shí)到具體問題具體分析,方法的選擇要靈活有針對(duì)性,不能盲目模仿和生搬硬套,通過一題多解,和同法異題的求解加深解題方法的理解和應(yīng)用能力的提高,由具體問題的多角度的思維得出不同方法的求解過程培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和數(shù)學(xué)歸納的能力,數(shù)學(xué)抽象能力。
3、情感態(tài)度與價(jià)值觀
通過經(jīng)歷對(duì)例一和例二高考真題的探索和解決,激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的好奇心和求知欲,鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試、勇于探索、敢于創(chuàng)新,磨練思維品質(zhì),從中獲得成功的體驗(yàn),感受數(shù)學(xué)思維的奇異美、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱美、形式的簡潔美、數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)美.引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。
三、教學(xué)方法與手段分析
1.教學(xué)方法
結(jié)合本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知水平,在教法上,我采用“探究發(fā)現(xiàn)”模式的教學(xué)方法,整個(gè)教學(xué)過程以學(xué)生為主體,學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的思想,同時(shí)運(yùn)用多媒體課件教學(xué)等技術(shù)手段,同一題目不同方法的比對(duì),相同方法不同題目的求解讓學(xué)生由淺入深,循序漸進(jìn)的參與這堂課的每個(gè)過程,自然而然的完成本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。
2.學(xué)法
觀察分析→自主探究→
合作交流
→初步運(yùn)用
→歸納小結(jié)
3.教學(xué)手段
利用計(jì)算機(jī)和實(shí)物投影等輔助教學(xué),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂教學(xué)的主動(dòng)性與積極性.四、教學(xué)過程分析
教學(xué)是一個(gè)教師的“導(dǎo)”,學(xué)生的“學(xué)”以及教學(xué)過程中的“悟”構(gòu)成的和諧整體.教師的“導(dǎo)”也就是教師啟發(fā)、誘導(dǎo)、激勵(lì)、評(píng)價(jià)等為學(xué)生的學(xué)習(xí)搭建支架,把學(xué)習(xí)的任務(wù)轉(zhuǎn)移給學(xué)生,學(xué)生就是接受任務(wù),探究問題、完成任務(wù).如果在教學(xué)過程中把“教與學(xué)”完美的結(jié)合也就是以“問題”為核心,通過對(duì)知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展和運(yùn)用過程的演繹、解釋和探究來組織和推動(dòng)教學(xué).Ⅰ.創(chuàng)設(shè)情境,提出問題
圖
x
=
m
=
x1
+
x2
極值點(diǎn)無偏移
圖
x
m
=
x1
+
x2
極值點(diǎn)左偏
0
圖
x0
2
0
m
=
x1
+
x2
目的:①本例通過給出三張典型的凹函數(shù)圖像,讓學(xué)生從圖像特征上去直觀感受函數(shù)圖像極值點(diǎn)發(fā)生偏移的原因,有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,同時(shí)上來通過圖像讓學(xué)生直觀感受而非繁瑣的計(jì)算來思考解決問題,有助于開拓學(xué)生視野回歸數(shù)學(xué)問題本質(zhì),降低了學(xué)生對(duì)于該問題的為難情緒。
②通過學(xué)生觀察后教師自然而然的給出極值點(diǎn)偏移的定義,并順帶給出極值點(diǎn)偏移的數(shù)學(xué)解釋逐步讓學(xué)生由感性認(rèn)知上升到理論認(rèn)知,當(dāng)然老師在此可以對(duì)學(xué)生提出進(jìn)一步要求,可不可以給出一般性的判定定理?這里我們只先提出問題,做下伏筆,但并不馬上去求解,避免由于問題過難而挫傷學(xué)生的積極性,同時(shí)也為本節(jié)課最后的問題做好了鋪墊。
Ⅱ.探究問題
例一(2016
全國卷一)已知函數(shù)
f
(x)=
(x
2)ex
+
a(x
-1)2
有兩個(gè)零點(diǎn)。
(I)求
a的取值范圍;(略)
(II)設(shè)
x1,x2
是
f
(x)的兩個(gè)零點(diǎn),證明:
x1
+
x2
目的:①發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,先自己探求結(jié)果,檢查學(xué)生前一階段的復(fù)習(xí)成果和對(duì)于問題一的思考和聯(lián)系;
②讓學(xué)生對(duì)于零點(diǎn)偏移求解過程更加熟練,思路更加清晰;并為下一步對(duì)數(shù)平均不等式和極值點(diǎn)偏移的判定定理做好鋪墊;
解法一:對(duì)稱構(gòu)造函數(shù)法由(1)知a
3
0
①
x1
x2
②構(gòu)造函數(shù)
F
(x)
=
f
(x)
f
(2
x),(x
1)
T
F
'
(x)
=
f
'
(x)
f
'
(2
x)
=
(x
-1)(ex
+
2a)
+
(1-
x)(e2-x
+
2a)
=
(x
-1)(ex
e2-x)
x
1時(shí)
x
0
T
x
x
T
e2-
x
ex
0
\
F
'
(x)
0
T
F
(x)在(-
¥,1)上
-
③代入
x1
得
F
(x1)<
F
(1)=
0
T
f
(x2)
=
f
(x1)
f
(2
x1)
又Q
y
=
f
(x)在(1,+
¥)上
-
x2
?
(1,+
¥),2
x1
?
(1,+
¥)
\
x2
x1
即
x1
+
x2
提問
1:學(xué)生解法一由哪些主要步驟,哪些步驟是你覺得難得地方,我們是如何解決這些困難的?
結(jié)合學(xué)生的回答對(duì)稱化構(gòu)造函數(shù)處理極值點(diǎn)偏移問題的基本步驟歸納如下:
'
①求導(dǎo)獲得
f
(x)的單調(diào)性,數(shù)形結(jié)合判斷零點(diǎn)
x1,x2
和極值點(diǎn)
x0的范圍
②構(gòu)造輔助函數(shù)
F
(x)
=
性
f
(x)
f
(2x0
x),判斷函數(shù)
F
(x)的符號(hào),確定函數(shù)
F
(x)的單調(diào)
③結(jié)合F
(x0)
=
0
限定
x的范圍判定
F
(x)的符號(hào)得到不等式
④將
x1
(或x2)
代入上述不等式,利用
f
(x1)
=
f
(x2)
替換
f
(x1)
⑤結(jié)合①求得
f
(x)的單調(diào)性轉(zhuǎn)化為
x1,x2的不等式,證明結(jié)束。提問
2;可不可以把流程繼續(xù)簡化?
其中主要的三步流程簡化為“求導(dǎo)→構(gòu)造→代入”。構(gòu)造是難點(diǎn),求導(dǎo)是關(guān)鍵,常用構(gòu)
造要記清。
提問
3:還有其他解法嗎?提醒學(xué)生從不等式構(gòu)造上思考
學(xué)生有困難,則先回顧基本不等式內(nèi)容,讓學(xué)生從熟悉的,簡單的問題入手
調(diào)和平均數(shù)£
幾何平均數(shù)£
算術(shù)平均數(shù)£
£
平方平均數(shù)
A(a,b)
=
a
+
b,L(a,b)
=
a
b
ln
a
ln
b
,G(a,b)
=
ab,(a,b
0)
T
A
£
L
£
G
解法二:對(duì)數(shù)平均不等式(ALG)
f
(x)
=
f
(x)
=
0
?
(x
2)ex1
+
a(x
-1)2
=
(x
2)ex2
+
a(x
-1)2
=
0
ì?a(x
-1)2
=
(2
x)ex1
T
í
??a(x
-1)2
=
(2
x)ex2,兩式相減得a(x
+
x
-
2)(x
-
x)
=
(2
x)ex1
(2
x)ex2
ìx1
+
x2
3
0
(反證)假設(shè)
x
+
x
3
T
?x
x
0
T
(2
x)ex
(2
x)ex
£
0
í
?
?a
3
0
T
(2
x)ex1
£
(2
x)ex2
(左右兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù))
T
ln(2
x1)
+
x1
£
ln(2
x2)
+
x2
T
ln(2
x1)
ln(2
x2)
£
x2
x1
T
(x2
x1
3
T
(2
x1)
(2
x2)
3
(*)
ln
x1)-
ln(2
x2)
ln(2
x1)-
ln(2
x2)
由對(duì)數(shù)平均不等式(ALG)得
(2
x1)
(2
x2)
<
(2
x1)
+
(2
x2)
=
x1
+
x2
£
ln(2
x1)-
ln(2
x2)
顯然與(*)相矛盾,假設(shè)不成立,原命題成立。
解題流程:實(shí)際問題→(數(shù)學(xué)抽象)數(shù)學(xué)模型→數(shù)學(xué)解→(解釋與檢驗(yàn))實(shí)際問題引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)數(shù)學(xué)思維的奇異美、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱美、形式的簡潔美、數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)美.
提問
4:這類問題最早出現(xiàn)在那一年高考題中,當(dāng)時(shí)的高中生如何解決這類問題,我們是否能在當(dāng)年的高考題中取得滿分?激發(fā)學(xué)生的動(dòng)力積極性,檢查學(xué)生的掌握情況。給出本節(jié)的例二
例二(2010
天津卷)已知函數(shù)
f
(x)=
xe-x
(x
?
R)
(I)求函數(shù)
f
(x)的單調(diào)區(qū)間和極值;
(II)已知函數(shù)
y
=
g
(x)的圖像與函數(shù)
y
=
時(shí),f
(x)
g(x);
f
(x)的圖像關(guān)于直線
x
=
對(duì)稱,證明:當(dāng)
x
(III)如果
x1
1
x2,且
f
(x1)
=
f
(x2),證明
x1
+
x2
2。
解法一:對(duì)稱構(gòu)造函數(shù)法(1)(2)略
①由(1)知
x1
x2
②構(gòu)造函數(shù)
F
(x)
=
f
(x)
f
(2
x),(x
1)
T
F
'
(x)
=
f
'
(x)
f
'
(2
x)
=
e-x
(1-
x)
+
e-(2-x)
[1-
(2
x)]
=
e-x
(1-
x)
+
e-(2-x)
(x
-1)
=
(x
-1)(e-2+x
e-x)
其中
x
0
ü
T
F
'
(x)
0
t
x
T
ex-2
e-1
e-
x
y
T
F
(x)在(-
¥,1)上
-
③代入
x1
得
F
(x1)<
F
(1)=
0
T
f
(x2)
=
f
(x1)
f
(2
x1)
又Q
y
=
f
(x)在(1,+
¥)上
ˉ
x2
?
(1,+
¥),2
x1
?
(1,+
¥)
\
x2
x1
即
x1
+
x2
解法二:對(duì)數(shù)平均不等式(ALG)
f
(x)
=
f
(x)
T
x
e-x1
=
x
e-x2
(左右兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù))
T
ln
x1
x1
=
ln
x2
x2
T
x1
x2
=
ln
x1
ln
x2
T
x1
x2
ln
x1
ln
x2
=
(*)
由對(duì)數(shù)平均不等式(ALG)得
T
x1
+
x2
x1
x2
ln
x1
ln
x2
=
x1
+
x2
提問
5:顯然這個(gè)問題對(duì)于現(xiàn)在的我們不是什么難題了,但作為新時(shí)代的我們能不能用給簡潔的方法給出這兩題的一般性解法,通法的探討顯然是我們要思考的問題。那么學(xué)生對(duì)于這個(gè)新的挑戰(zhàn)自然就會(huì)萌生極大地興趣,這時(shí)再回顧我們一開始觀察三張直觀圖時(shí)提出的問題,解法三的出現(xiàn)也就是必需的了。即本節(jié)課的最后一個(gè)知識(shí)點(diǎn)——極值點(diǎn)偏移的判定定理。
III.按圖索驥,回歸本質(zhì)
極值點(diǎn)偏移判定定理:在給定區(qū)間
D
上函數(shù)
y
=
f
(x)
可導(dǎo)
f
(x1)
=
f
(x2),(x1
x2),若
x0
為
(x,x)
上的唯一極小值點(diǎn),f
'''
(x)
0,則極小值點(diǎn)右偏?
x1
+
x2
x;
0
f
'''
(x)
0,則極小值點(diǎn)左偏?
x1
+
x2
x。
0
對(duì)于該定理作為高中生我們只需要了解,不需要完整嚴(yán)格的證明,(后附有泰勒展開的完整證明過程,可以開拓一部分自學(xué)高等數(shù)學(xué)的學(xué)生的視野)
那么我們?cè)趺磥砝斫庠撆卸ǘɡ砟??我們又如何運(yùn)用它來解決高中相關(guān)的數(shù)學(xué)問題呢?對(duì)此我們分兩部分來討論。
第一部分:我們主要結(jié)合導(dǎo)數(shù)的幾何意義與
n
階導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算來了解該定理的由來。首先
通過讓學(xué)生再次觀察一開始我們已展示的圖一,二,三不,學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)
y
=
f
(x)的圖
像偏移的原因,即
y
=
f
(x)的圖像在u(x0,?)
內(nèi)增減速度的不同而發(fā)生的。接著再進(jìn)一步
引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)生的不同我們?nèi)绾稳ビ脭?shù)學(xué)的語言來描述刻畫它,提醒學(xué)生從導(dǎo)數(shù)的幾
何意義來思考,以圖
為例和學(xué)生一起做探討:
y
=
f
(x)的圖像的斜率一直在增加,但
增加的速度在變慢,(數(shù)學(xué)直觀想象),如何用數(shù)學(xué)語言來表述這一變化?(數(shù)學(xué)抽象)
→
f
'
(x)
0,f
'
(x)
增加T
f
''
(x)
0(速度變慢)T
f
''
(x)的絕對(duì)值變小
T
y
=
f
'''
(x)
0。
完成圖二的探討后可讓學(xué)生模仿獨(dú)立的完成圖
3的探索:
f
'
(x)
0,f
'
(x)
增加T
f
''
(x)
0
(速度變快)
T
f
''
(x)的絕對(duì)值變大
T
y
=
f
'''
(x)
0。
以上結(jié)論可簡單記憶口訣(“小大小”,“小小大”),同時(shí)若
x0
是極大值點(diǎn)的話,結(jié)論相反,口訣為(“大大大”,“大小小”)
IV.給出定理,嘗試新解
第二部分:運(yùn)用新的判定定理重新去接例一和例二例一新解
極值點(diǎn)偏移判定定理
解法三:
f
(x)=
(x
2)ex
+
a(x
-1)2
T
f
'
(x)
=
(x
-1)(ex
+
2a)
T
f
''
(x)
=
(x
-1)ex
+
ex
+
2a
T
f
'''
(x)
=
ex
(x
+1)
分兩段區(qū)間討論
①若
x
?
(-¥,1],f
(2)
=
a
0
結(jié)合圖像可知
x1
£
x2
a,則
x1
+
x2
②若
x
?
(-1,+
¥),f
'''
(x)
0,x
=
是極小值,符合“小大小”
T
x
+
x2
綜上的x1
+
x2
例二新解
解法三:
f
(x)
=
xe-x
T
f
'
(x)
=
e-x
xe-x
T
f
''
(x)
=
e-x
(x
2)
T
f
'''
(x)
=
e-x
(3
x)
分兩段區(qū)間討論
①若
x
?[3,+
¥),可知
x1
+
x2
max{x1,x2}
3
2,則
x1
+
x2
②若
x
?
(-
¥,3),f
'''
(x)
0,x
=
是極大值,符合“大大大”
T
x
+
x2
綜上知
x1
+
x2
至此我們回頭再看例一和例二的三個(gè)解法,不知不覺中對(duì)于一開始極值點(diǎn)偏移的問題有
了更新的認(rèn)知。
VI.課堂練習(xí)
鞏固雙基
練習(xí)
1(2011
遼寧卷)已知函數(shù)
f
(x)
=
ln
x
ax2
+
(2
a)x。
(I)討論函數(shù)
f
(x)的單調(diào)性;
(II)設(shè)a
0,證明:當(dāng)0
x
時(shí),f
(1
+
x)
f
(1
x);
a
a
a
(III)若函數(shù)
y
=
f
(x0)
0。
f
(x)的圖像與
x
軸交于
A,B
兩點(diǎn),線段
AB
中點(diǎn)的橫坐標(biāo)為
x0,證明
練習(xí)
2(2014
天津卷)設(shè)
f
(x)
=
x
aex
(a
?
R),x
?
R
已知函數(shù)
y
=
且
x1
x2
(1)求
a的取值范圍
(2)證明
x2
隨著
a的減小而增大
x1
(3)證明
x1
+
x2
隨著
a的減小而增大
f
(x)
有兩個(gè)零點(diǎn)
x1,x2,練習(xí)
已知函數(shù)
f
(x)
=
a
ln
x,a
?
R.若函數(shù)
f
(x)
有兩個(gè)零點(diǎn)
x,x。
x
求證:
x1
+
x2
練習(xí)
已知函數(shù)
f
(x)
=
ex
ax
有兩個(gè)不同的零點(diǎn)
x,x,其極值點(diǎn)為
x
0
(I)求
a的取值范圍
(II)求證:
x1
+
x2
2x0
(III)求證:
x1
+
x2
(IV)求證:
x1
x2
目的:①通過學(xué)生的主體參與,使學(xué)生深切體會(huì)到本節(jié)課的主要內(nèi)容和思想方法,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的再次深化.②練習(xí)分層,有利于不同層次的學(xué)生培養(yǎng)。
VII.課堂小結(jié)
學(xué)生點(diǎn)評(píng),老師引導(dǎo):
①由圖像直觀到方法求解,由繁瑣到簡潔,由為結(jié)題而解題到回歸數(shù)學(xué)本質(zhì),一再的追問和嘗試思考有利于學(xué)生的知識(shí)遷移和能力提高;
②用三種方法解題的運(yùn)用:函數(shù)構(gòu)造法,對(duì)數(shù)平均不等式和極值點(diǎn)偏移的判定定理。對(duì)三種解法的對(duì)比的再認(rèn)識(shí).特別是方法的選擇上要能盡可能適合題目適合自己;
③在理解方法的基礎(chǔ)上,及時(shí)進(jìn)行正反兩方面的“短、平、快”填空和判斷是非練習(xí).通過總結(jié)、辨析和反思,強(qiáng)化解法的靈活性,促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu),有助于學(xué)生形成知識(shí)模塊,優(yōu)化知識(shí)體系.體現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)。
五、教學(xué)評(píng)價(jià)
結(jié)果因過程而精彩,現(xiàn)象因方法而生動(dòng).無論是情境創(chuàng)設(shè),還是探究設(shè)計(jì),都必須以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、訓(xùn)練為主線,設(shè)法從龐雜的知識(shí)中引導(dǎo)學(xué)生去尋找關(guān)系,挖掘書本背后的數(shù)學(xué)思想,建構(gòu)基于學(xué)生發(fā)展的知識(shí)體系,教學(xué)生學(xué)會(huì)思考,讓教學(xué)真正成為發(fā)展學(xué)生能力的課堂活動(dòng)。因此,本課例在具體問題的數(shù)學(xué)模型的建立和數(shù)學(xué)工具的選擇上舍得花大量時(shí)間,便是為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)探究與創(chuàng)新,它就像一縷溫暖的陽光,不一定能喚醒萬物,卻能催開人世間最絢麗的花朵。
通過三種解題方法的研究,使學(xué)生從不同的思維角度掌握了極值點(diǎn)偏移的解決方法;從圖像直觀到理論總結(jié)和方法嘗試,數(shù)學(xué)的解題方法拉近了知識(shí)之間的聯(lián)系;由特殊到一般問題的推導(dǎo)不再讓學(xué)生為解題而解題,展現(xiàn)了數(shù)學(xué)思維的魅力.學(xué)生從中深刻地領(lǐng)會(huì)到解題過程中所蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)思想,培養(yǎng)了學(xué)生思維的深刻性、敏銳性、廣闊性、批判性.同時(shí)通過精講一題,發(fā)散一串的變式教學(xué),使學(xué)生既鞏固了知識(shí),又形成了技能.在此基礎(chǔ)上,通過民主和諧的課堂氛圍,培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作交流的學(xué)習(xí)習(xí)慣,也培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索、不斷創(chuàng)新的思維品質(zhì).
第四篇:構(gòu)造函數(shù)處理不等式問題
構(gòu)造函數(shù)處理不等式問題
函數(shù)與方程,不等式等聯(lián)系比較緊密,如果從方程,不等式等問題中所提供的信息得知其本質(zhì)與函數(shù)有關(guān),該題就可考慮運(yùn)用構(gòu)造函數(shù)的方法求解。構(gòu)造函數(shù),直接把握問題中的整體性運(yùn)用函數(shù)的性質(zhì)來解題,是一種制造性的思維活動(dòng)。因此要求同學(xué)們多分析數(shù)學(xué)題中的條件和結(jié)論的結(jié)構(gòu)特征及內(nèi)在聯(lián)系,能合理準(zhǔn)確地構(gòu)建相關(guān)函數(shù)模型。
一、構(gòu)造函數(shù)解不等式
1、解不等式
810解不等式 ??x3?5x?0 3(x?1)x?
1分析;本題直接將左邊通分采用解高次不等式的思維來做運(yùn)算較煩。但注意8102323到且題中出現(xiàn)??()?5()x?5x , 啟示我們構(gòu)造函數(shù)3x?1x?1x?1(x?1)
f(x)=x3+5x去投石問路。解:將原不等式化為(f(232)?5()?x3?5x,令f(x)=x3+5x,則不等式變?yōu)閤?1x?122)?f(x),∵f(x)=x3+5x在R上為增函數(shù)∴原不等式等價(jià)于?x,解x?1x?1之得:-1<x<2或x<-2。
2解含參不等式中參數(shù)范圍問題
例3已知不等式11112??????????loga(a?1)?對(duì)大于1的一切自然數(shù)n?1n?22n12
3n恒成立,試確定參數(shù)a的取值范圍。解:設(shè)f(n)?
∵f(n+1)-f(n)111?????????,n?1n?22n1111????0,∴f(n)是關(guān)于n 的增函2n?12n?2n?1(2n?1)(2n?2)
數(shù)。又n≥2∴f(n)≥f(2)=
恒成立,必須有
∴1<a<712∴f(n)?loga(a?1)?對(duì)大于1的一切自然數(shù)n121237121?loga(a?1)?∴l(xiāng)oga(a?1)??1,而a>1,∴a-1<12123a1?51?∴a的取值范圍為(1,)。2
2二、構(gòu)造函數(shù)證明不等式。
1。移項(xiàng)作差,構(gòu)造一元函數(shù)
【例】當(dāng)x?(1,??)時(shí),122x?lnx?x3 2
3【解】設(shè)F(x)?g(x)?f(x),即F(x)?
231
2x?x?lnx,32
1(x?1)(2x2?x?1)
則F?(x)?2x?x?=
xx(x?1)(2x2?x?1)
當(dāng)x?1時(shí),F(xiàn)?(x)=
x
從而F(x)在(1,??)上為增函數(shù),∴F(x)?F(1)?故在區(qū)間(1,??)上,?0 6
122x?lnx?x3 23
【警示啟迪】本題首先根據(jù)題意構(gòu)造出一個(gè)函數(shù)(可以移項(xiàng),使右邊為零,將移項(xiàng)后的左
式設(shè)為函數(shù)),并利用導(dǎo)數(shù)判斷所設(shè)函數(shù)的單調(diào)性,再根據(jù)函數(shù)單調(diào)性的定義,證明要證的不等式。讀者也可以設(shè)F(x)?f(x)?g(x)做一做,深刻體會(huì)其中的思想方法。2。二元不等式,定主元化為一元函數(shù)(全國)已知函數(shù)g?x??xlnx
設(shè)0?a?b,證明 :0?g(a)?g(b)?2g(a?b)?(b?a)ln2.2
分析:對(duì)于本題絕大部分的學(xué)生都會(huì)望而生畏.學(xué)生的盲點(diǎn)也主要就在對(duì)所給函數(shù)用不上.如果能挖掘一下所給函數(shù)與所證不等式間的聯(lián)系,想一想大小關(guān)系又與函數(shù)的單調(diào)性密切相關(guān),由此就可過渡到根據(jù)所要證的不等式構(gòu)造恰當(dāng)?shù)暮瘮?shù),利用導(dǎo)數(shù)研究函數(shù)的單調(diào)性,借助單調(diào)性比較函數(shù)值的大小,以期達(dá)到證明不等式的目的.證明如下: 證明:對(duì)g(x)?xlnx求導(dǎo),則g(x)?lnx?1.在g(a)?g(b)?2g('
a?b)中以b為主變?cè)獦?gòu)造函數(shù), 2
a?x'a?xa?x
.)]?lnx?ln),則F'(x)?g'(x)?2[g(222
設(shè)F(x)?g(a)?g(x)?2g('
當(dāng)0?x?a時(shí),F(xiàn)(x)?0,因此F(x)在(0,a)內(nèi)為減函數(shù).當(dāng)x?a時(shí),F(x)?0,因此F(x)在(a,??)上為增函數(shù).從而當(dāng)x?a時(shí), F(x)有極小值F(a).因?yàn)镕(a)?0,b?a,所以F(b)?0,即g(a)?g(b)?2g(又設(shè)G(x)?F(x)?(x?a)ln2.則G'(x)?lnx?ln
''
a?b)?0.2
a?x
?ln2?lnx?ln(a?x).2
當(dāng)x?0時(shí),G(x)?0.因此G(x)在(0,??)上為減函數(shù).因?yàn)镚(a)?0,b?a,所以G(b)?0,即g(a)?g(b)?2g(3。冪指數(shù)函數(shù)不等式,對(duì)數(shù)法構(gòu)造函數(shù)
a?b)?(b?a)ln2 2
例:證明當(dāng)x?0時(shí),(1?x)
1?
1x
?e
1?
x2
4。數(shù)列和型不等式,利用通項(xiàng)構(gòu)造函數(shù) 例:證明:對(duì)任意的正整數(shù)n,不等式ln(n?1)?令h(x)?x3?f(x)?x3?x2?ln(x?1),?(k?
1n
?)都成立。k2k3
3x3?(x?1)2
?0在[0,??)上恒成立,則h'(x)?
x?1
所以h(x)在[0,??)上單調(diào)遞增,8分
則當(dāng)x?(0,??)時(shí),恒有h(x)?h(0)?0.即當(dāng)x?(0,??)時(shí),有x3?x2?ln(x?1)?0, 整理,得ln(x?1)?x2?x3.9分
對(duì)任意正整數(shù)n,取x?所以ln
1111
得ln(?1)?2?3,nnnn
10分
n?11111
?2?3,整理得ln(n?1)?lnn?2?3,nnnnn
1111
?,ln3?ln2??,2223121311
?, 23nn
則有l(wèi)n2?ln1?……
ln(n?1)?lnn?
所以(ln2?ln1)?(ln3?ln2)???[ln(n?1)?lnn]?(1111
?)?(?
12132223
???(11
?3),2
nn
即ln(n?1)?
?(k
k?1
n
?).3k
作業(yè):1設(shè)f(x)是定義在R上的奇函數(shù),f(2)?2,當(dāng)x?0時(shí),有f(x)?xf?(x)恒成立,則不等式f(x)?x的解集是(D)(A)(?2,0)∪(2,??)(C)(??,?2)∪(2,??)
(B)(?2,0)∪(0,2)(D)(??,?2)∪(0,2)
證明當(dāng)b?a?e,證明a?b
b
a3、(2007年,安徽卷)設(shè)a?0,f(x)?x?1?lnx?2alnx
求證:當(dāng)x?1時(shí),恒有x?lnx?2alnx?1,(2007年,陜西卷)f(x)是定義在(0,+∞)上的非負(fù)可導(dǎo)函數(shù),且滿足
xf?(x)?f(x)≤0,對(duì)任意正數(shù)a、b,若a < b,則必有
(A)(A)af(b)≤bf(a)(C)af(a)≤f(b)4
(B)bf(a)≤af(b)
(D)bf(b)≤f(a)
5。已知a?0,x?1,求證: x?lnx?2alnx?1
n
6。已知n?N,求證:??lnn??
ii?1i?2i?2
*
n
第五篇:13多元函數(shù)的極值與連續(xù)
CH 13
多元函數(shù)的極值與連續(xù)
1,平面點(diǎn)集
鄰域:M0(x0,y0)?R2,稱{(x,y)|(x?x0)?(y?y0)??,??0}為點(diǎn)M0的?鄰域,記作O(M0,?)。
點(diǎn)列的極限:設(shè){xn}是X軸上的一點(diǎn)列,{yn}是Y軸上的一個(gè)點(diǎn)列,則以xnyn為坐標(biāo)的點(diǎn){(xn,yn)}組成平面上的一個(gè)點(diǎn)列,記作{Mn},又設(shè)M0是平面上的一點(diǎn),其坐標(biāo)為M0(x0,y0),若對(duì)M0的任何一個(gè)?鄰域O(M0,?),總存在正整數(shù)N,當(dāng)n?N時(shí),有Mn?O(M0,?),就稱點(diǎn)列{Mn}收斂,并且收斂于M0,記作limMn?M0或則記為
n??22(n??)即(xn,yn)?(x0,y0),(n??)。Mn?M0,上面點(diǎn)列極限的定義也可用不等式敘述:若對(duì)???0,總存在N,當(dāng)n?N時(shí),有(x?x0)2?(y?y0)2??就稱{Mn}收斂于M0。
點(diǎn)列極限的性質(zhì):
性質(zhì)1:(xn,yn)?(x0,y0)的充分必要條件是xn?x0,yn?y0,(n??)性質(zhì)2:若{Mn}收斂,則它只有一個(gè)極限,即極限是唯一的。
內(nèi)點(diǎn):設(shè)M0?E,如果存在M0的一個(gè)鄰域O(M0,?),使得O(M0,?)?E,則M0是E的內(nèi)點(diǎn)。
外點(diǎn):設(shè)M1?E,如果存在M1的一個(gè)?鄰域O(M1,?),使得O(M1,?)中沒有E的點(diǎn),就稱M1是E的外點(diǎn)。
邊界點(diǎn):設(shè)M1是平面上的一點(diǎn),它可以屬于E,也可以不屬于E,如果對(duì)M的任何鄰域O(M,?),其中既含有E的點(diǎn),又含有非E中的點(diǎn),就稱M為E的邊界點(diǎn),E的邊界點(diǎn)的全體叫做E的邊界。
開集:如果E的點(diǎn)都是E的內(nèi)點(diǎn),就稱E是開集。
聚點(diǎn):設(shè)M0是平面上的一點(diǎn),它可以屬于E,也可以不屬于E,如果對(duì)M0的任何一個(gè)鄰域O(M0,?),在這一鄰域內(nèi)至少含有E的一個(gè)(不等于M0)點(diǎn),就稱M0是E的聚點(diǎn)。***閉集:若E的所有聚點(diǎn)都在E內(nèi)就稱E是閉集。
區(qū)域:設(shè)E是一個(gè)開集,并且E中任何兩點(diǎn)M1和M2之間都可以用有限條屬于E的直線段所組成的折線結(jié)起來,稱E是區(qū)域。
閉區(qū)域:一個(gè)區(qū)域加上它的邊界就是一個(gè)閉區(qū)域。平面點(diǎn)集的幾個(gè)基本定理:
矩形套定理:設(shè){an?xn?bn,cn?yn?dn}是矩形an?xn?bn,cn?yn?dn,(n?1,2,...)所組成的矩形序列,其中每一個(gè)矩形都含在前一個(gè)矩形中,并且bn?an?0,那么有唯一的一點(diǎn)M0(x0,y0),它位于每一個(gè)矩形中,亦即:
an?x0?bn,cn?y0?dn(n?1,2,...)
致密性原理(Weierstrass定理):如果列{Mn(xn,yn)}有界(即存在常數(shù)a,b,c,d,使得a?xn?b,c?yn?d(n?1,2,...)),那么從其中必能選取收斂的子列。
有限覆蓋定理:若一開矩形集合{?}?{??x??,??y??}覆蓋有限閉區(qū)域,那么從{?}里,必可選出有限個(gè)開矩形,它們也能覆蓋這個(gè)區(qū)域。
收斂原理:平面點(diǎn)列{Mn}有極限的充分必要條件是:對(duì)任意給定的???0,總存在N,當(dāng)m,n?N時(shí),有r(Mn,Mm)??。
2,多元函數(shù)的概念
二元函數(shù)的定義:設(shè)E是平面點(diǎn)集,f是一個(gè)規(guī)律。如果對(duì)E中的每一點(diǎn)(x,y),通過規(guī)律f在R中存在唯一一個(gè)實(shí)數(shù)u和點(diǎn)(x,y)相對(duì)應(yīng),就稱f是定義在E上的一個(gè)二元函數(shù),它在(x,y)的函數(shù)值是u,并記此值為f(x,y)。即u?f(x,y)。與一元函數(shù)相仿。常采用下面的記號(hào)記這個(gè)函數(shù):
f:E?R,(x,y)?u?f(x,y)
并稱E是f的定義域,通常為省略,也稱f(x,y)是一個(gè)二元函數(shù)。
3,二元函數(shù)的極限
二元函數(shù)的極限的定義:設(shè)二元函數(shù)f(M)?f(x,y)在點(diǎn)M0(x0,y0)附近有定義。(而在M0點(diǎn)是否有定義無關(guān)緊要)如果對(duì)???0,總存在??0,當(dāng)0?r(M,M0)??時(shí)恒有|f(M)?A|??,就稱A是二元函數(shù)f(M)在M0點(diǎn)的極限。記為:
M?M0limf(M)?A或f(M)?A,(M?M0)
上述定義可用點(diǎn)的坐標(biāo)描述,即:如果對(duì)???0,總存在??0,當(dāng)0?(x?x0)2?(y?y0)2??時(shí),恒有|f(x,y)?A|??。就稱A是二元函數(shù)f(x,y)在M0(x0,y0)點(diǎn)的極限。
上述定義也可用鄰域來表達(dá),若對(duì)A的任何?鄰域O(A,?),總存在M0點(diǎn)的?鄰域O(M0,?),當(dāng)M?O(M0,?)?{M0}時(shí),恒有f(M)?O(A,?),就稱A是二元函數(shù)f(M)在M0點(diǎn)的極限。
上述定義也可敘述為:若???0,總存在??0,使得當(dāng)|x?x0|??,|y?y0|??且(x,y)不與M0(x0,y0)重合,亦即(x?x0)2?(y?y0)2?0時(shí),恒有:
|f(x,y)?A|??,就稱A是二元函數(shù)f(M)在M0點(diǎn)的極限。
上述的極限通常也稱為二重極限。而諸如若limlimf(x,y)存在或limlimf(x,y)存
y?y0x?x0x?x0y?y0在的極限稱為二次極限或累次極限。
4,二元函數(shù)的連續(xù)性及性質(zhì)
二元函數(shù)連續(xù)的定義:若f(M)?f(x,y)在M0(x0,y0)有定義,且滿足M?M0limf(M)?f(M0),則稱f(M)在點(diǎn)M0(x0,y0)連續(xù)。
關(guān)于極限的性質(zhì)和運(yùn)算法則,以及連續(xù)函數(shù)的運(yùn)算法則,與一元函數(shù)的情況是完全相似的。
若對(duì)某一區(qū)域(或開或閉)上的任意一點(diǎn)M0(x0,y0),當(dāng)M取此區(qū)域上任意的點(diǎn)列趨于M0(x0,y0)時(shí),f(M)的極限恒為f(M0),那么稱f(M)在此區(qū)域上連續(xù)。
有界閉區(qū)域上連續(xù)函數(shù)的性質(zhì):
性質(zhì)1:有界性定理:若f(x,y)在有界閉區(qū)域D上連續(xù),則它在D上有界;亦即存在正數(shù)M,使得在D上恒有|f(x,y)|?M。
性質(zhì)2 :一致連續(xù)性定理:若f(x,y)在有界閉區(qū)域D上連續(xù),則它在D上一致連續(xù);亦即對(duì)???0,總存在??0,使得D上任意兩點(diǎn)M'(x',y'),M''(x'',y''),當(dāng)|x'?x''|??,|y'?y''|??時(shí)恒有:
|f(x',y')?f(x'',y'')|??。
性質(zhì)3:最大值最小值定理:若f(x,y)在有界閉區(qū)域D上連續(xù),則它在D上必有最大值和最小值。
性質(zhì)4:零點(diǎn)存在定理:若f(x,y)在區(qū)域D(不一定有界閉區(qū)域)內(nèi)連續(xù),并且在D內(nèi)兩點(diǎn)M1(a1,b1),N1(?1,?1)異號(hào)。即f(a1,b1)f(?1,?1)?0,那么用完全位于D內(nèi)的任意折線l連接M1和N1時(shí),在l上必有一點(diǎn)M(x,y),滿足f(x,y)?0。
5,二重極限與二次極限的關(guān)系
(1)兩個(gè)二次極限都不存在,而二重極限仍可能存在。(2)兩個(gè)二次極限存在而不相等,二重極限必不存在。(3)兩個(gè)二次極限存在且相等,但二重極限仍可能不存在。
例:證明有界閉區(qū)域上二元連續(xù)函數(shù)的有界性定理,最大(小)值定理及一致連續(xù)性定理。(1)有界閉區(qū)域上的二元連續(xù)函數(shù)必有界;(2)最大(?。┲刀ɡ?;(3)一致連續(xù)性定理。
證:(1)用反證法,設(shè)f(x,y)在有界閉區(qū)域D上連續(xù),但無界。
?n,?Mn(xn,yn)?D,有|f(xn,yn)|?n,由致密性定理序列{Mn(xn,yn)}?D必有界,從其中必能選出收斂的子列{Mnk}?{Mn},有l(wèi)imMnk?M(x,y),由于D為有界
k??閉區(qū)域,故M?D。故f(x,y)在點(diǎn)M連續(xù),limf(xnk,ynk)?f(M)?f(x,y)。但在k??構(gòu)造Mn(xn,yn)時(shí)已設(shè)
|f(xn,yn)|?n,|f(xnk,ynk)|?nkk??,故{f(xnk,ynk)}?{f(xn,yn)}發(fā)散到無窮大。這與limf(xnk,ynk)?f(M)?f(x,y)收斂矛盾。
(2)因f在D上有界,故設(shè)M?supf(p),m?inff(p),可證必有一點(diǎn)Q?D,有
p?Dp?Df(Q)?M(同理可證?Q'?D,使f(Q')?m)。如若不然,?p?D均有M?f(p)?0。
考察D上的正值連續(xù)函數(shù)F(p)?1,由前面知F在D上有界,又因f不能在DM?f(p)上達(dá)到上確界M,故存在收斂的點(diǎn)列{pn}?D,使limf(pn)?M。于是
n??limF(pn)???,這與F在D上有界矛盾,故f在D上能取得最大值。
n??(3)(用反證法)設(shè)f(x,y)在有界閉區(qū)域D上連續(xù),但非一致連續(xù)。則???0,???0,如??11,n?1,2,?有相應(yīng)的Pn,Qn?D:r(Pn,Qn)?但|f(Pn)?f(Qn)|??0成立。由nnk??于D為有界閉區(qū)域,故存在收斂的點(diǎn)列{Pnk}?{Pn}并設(shè)limPnk?P0。再在{Qn}中取出與{Pn}具有相同足標(biāo)的點(diǎn)列{Qnk}?{Qn},由0?r(Pn,Qn)?1?0,k??,從而有 nklimQnk?limPnk?P0k??k??k??,最后由
f在P0連續(xù),得lim|f(Pn)?f(Qn)|?|f(P0)?f(P0)|?0,這與|f(Pn)?f(Qn)|???0矛盾,所以f在D上一致連續(xù)。