
我們都知道,高中階段很多函數(shù)問題都是含參數(shù)的,對于含參數(shù)的函數(shù),可以將其簡記為,若將參數(shù)也視為自變量的話,那么就是一個二元函數(shù),那么我們就可以用偏導數(shù)的思想來研究該函數(shù),這就產生了一個重要的方法:主元法. 近年來,在高考試題中,主元法思想考察的相當頻繁,例如2019年浙江卷導數(shù)壓軸題和2020年天津卷導數(shù)壓軸題等,在這些問題中,使用主元法往往會起到意想不到的好處,從而使得整個問題得到圓滿的解決. 基于此,本文就通過幾個典例來展示主元法的基本應用手法.
例1.(2020天津)已知函數(shù),為的導函數(shù).
(1)當時,(i)求曲線在點處的切線方程;
(ii)求函數(shù)的單調區(qū)間和極值;
(2)當時,求證:對任意的,且,都有
.
此處僅就第二問進行如下證明:
解析:由于,故,另一方面
,因此,要證
只需證明
即證. 令, 將上述不等式進行代換,可得以為變量,為參數(shù)的函數(shù). 進而可得:
,由于,由于,故. 由(1)可得:證畢.
注:此題在傳統(tǒng)的雙變量問題思路的基礎上,進一步需要結合主元思想才能將多參數(shù)問題解決.
例2.(2019年浙江卷). 已知實數(shù),設函數(shù)
(1)當時,求函數(shù)的單調區(qū)間;
(2)對任意均有 求的取值范圍.
解析:(1)當時,,函數(shù)的定義域為,且:
,
因此函數(shù)的單調遞增區(qū)間是,單調遞減區(qū)間是.
(2)由,得,當時,,等價于,令,則,設,,則,
(i)當時,,則可得:
故,滿足題意.
(ii)當時,,
令,則,故在上單調遞增,,由(i)得,
,由(i)(ii)知對任意,即對任意,均有,
綜上所述,所求的的取值范圍是.
注:欲證不等式,此題以為主元構造二次函數(shù)討論易行,若以為主元此題函數(shù)過于復雜,很難通過求導找到單調性與最值.
有關函數(shù)凸凹性(詹森不等式)背景的雙變量問題也經常使用主元方法!下面我們通過例子說明.
例3. 已知函數(shù),若,試比較與的大?。?br>解析:不妨設,,,令(a),則,當時,;當時,,
在上單調增,在上單調減,當時,(a),
由,故,則.
下面我們來看擬合法解決極值點偏移問題,相關例題較少,此處只列舉一道!
例4.(2020浙江)已知,函數(shù).
證明:函數(shù)在上有唯一零點;
記為函數(shù)在上的零點,證明:
;
.
解析:(1)略.
(2)
記.可證得:,且的根為,同理,的根為.最后,結合三個函數(shù)的圖象可知.
方法2實際上是用多項式曲線來擬合指對項,從而使得零點可解進而估計出零點范圍.
三.習題演練
習題1. 設函數(shù).
(1)求的極值;
(2)若,證明:.
解析:(1)函數(shù),則,
令,解得:,且當時,,時,
因此:的極小值為
(2)構造函數(shù),,
,,,在上是單調遞增的;故(b)(a),即:另一方面,構造函數(shù)
,,
在上是單調遞減的,故(b)(a)即:
綜上,.
習題2.(2021新高考1卷)已知函數(shù).
(1)討論的單調性;
(2)設,為兩個不相等的正數(shù),且,證明:.
習題3.(2013陜西卷)已知函數(shù).
(1),(2)略.
(3)設,比較與的大小,并說明理由.
(3)解析:設
令。
,且
,
,故.
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