0)有两个零点.笔者针对这种“公切线分隔法”,提炼出一般 解题思路为:证明或求解/(%) <^(%)或/(%)>
g()时,寻求到曲线y =/(%),, =《(%)的公切线,
且使得两条曲线分别处于公切线两侧,就可以将原 问题转化为两个简单的不等式问题[2].
3 —探有获
笔者运用“公切线分隔法”研究近几年数学高 考试题中的类似问题,发现此类问题可进一步分为 “公切线共切点”和“不共切点”两种情况,或者曲 线分别处于切线同侧和异侧两种位置关系.近几年 考查此类问题的高考题有:013年全国数学高考 新课标卷n理科第21题、2014年辽宁省数学高考 理科第1题、2014年全国数学高考新课标卷I理 科第1题、2015年山东省数学高考理科第21题
第21题)
分析当m<2时,
/(%) =e% -ln((+m) >e% -ln((+2), 只需证
e% - ln((+2) >0•
易知y = e%与y = ln(% +2)的图像没有公共点,如 图4,结合函数不等式知%
+ 1(其中y = e%与
y = % + 1仅相切于点(0,1),且除公共点外,前者在
后者的上方).另外,函数不等式% + 1>ln(% +2) 类似的几何特征为:=ln(% +2)与y=% + 1仅相 切于点(-1,0),此外前者在后者的下方.即y = e% 与y = ln(%+2)分别处于公切线y=%+ 1的两侧, 由图4知/(%) >0显然成立•
例 3 已知函数/(%) = a%3 - 3%2 + 1,若/(%)
存在唯一的零点% 0,且%。>0,则a的取值范围为
(
)
A. (2,+^) B.(1,+^)C.(-^,-2)
D.(-^,-1)
(2014年全国数学高考新课标卷I理科试题
第11题)
分析/(%)>0等价于a%3 >3%2-1,构造两 个常规函数g\"(%) = a3和\"(%) = 3%2 - 1,显然仅 当a < 0时,存在唯一的%。> 0使得a; > 3%0 - 1. 如图5,根据三次与二次函数图像的变化趋势,可 猜想:在y轴的左侧存在某种临界状态,即两条曲 线存在共点的切线,且除公共点外(% )的图像恒 在\"(()图像的上方.
{
3 a% 1 = 6% 1 ,3 2 得
a% 1 = 3% 1 - 1
2017年第7期中学教研(数学)• 23 •
^=-1, a = - 2,
进而求得公切线为6%+y+4=0.当a = -2时,
F(x) =g(x) -h(x) = -—% —->0^ +1 =
(1 -2%)(:\\; + 1)2,
的位置关系为:g(()的图像恒在h(()的上方.由图
6知a<1也满足,故ae [0,1].
将复杂的不等式问题简化为函数的大小问题, 水到渠成地运用数形结合思想,将其化归为曲线位 置关系的研究.解题过程简洁,运算难度降低,解法 略显简捷,以特殊化解决问题,展示了较高的创新 意识和辨析能力.
有兴趣的读者,可继续研究下面两道高考试 题:
即当% <0时,F(幻>0,当且仅当% = - 1时,
F(() =0.如图5,显然,要使得有唯一的〜>0满
足 a%〇 - 3%〇 + 1 = 0,必须 a < - 2.
评注将不等式转化、设计成两个函数的不等
关系;辅以简图分析,直观呈现对应曲线间的位置, 为数形结合解决不等式问题提供依据.选取特殊情 形(曲线的相切)为突破,巧妙获取参数的范围,并 推理论证,使得该不等式求参问题获得合理解决. 从以上试题的解答中,可见关键是将不等式拆分为 两个常规的基本函数的不等关系.从函数图像上易 于发现两者位置上的关系,进而确定化归的可能与 类型;辅以数形分析,会使得解答相对简捷[3].4
解后有疑
以上例题中在切点附近,其中一条曲线始终在 另一曲线的上方,而2015年山东省数学高考理科 第21题的第2)小题却略有不同.
例 4 设函数/(%) =ln(% +1) +a(%2
,其
中 a e R.
1略.
2)若对任意% >0,/(%) >0成立,求a的取值
范围.
(2015年山东省数学高考理科试题第21题) 分析令g(%) = l(> +
1),h(() = - a(:\\;2-—;),如图 6,当a>0时才有
ln(( + 1) + a((2--;) >0.
易知g(>)与h(>)相交于点 (0,0),由 g'(0) =1,h'(0)=
a知g(()与h(>)存在共点的
图6
公切线,此时a = 1且公切线为y + % = 0.
当a = 1时,
F(() =g(() -h(() =ln(( + 1) +^2-求导得 F'(()
-1
2x2+1
+ 2^+1
当% >0时,F(() >0,则F(()在(0, +^)上单调 递增,即F(() >F(0) =0恒成立.
综上所述,当a = 1时,在y轴的右侧两条曲线
例5 当% e [ - 2,1]时,不等式a3 -2 +
4+3>0恒成立,则实数a的取值范围是(
)
A. [ _5,_3] B. [ _6,_|]
C. [ _6, _2]
D. [ _4, _3]
(2014年辽宁省数学高考理科试题第11题)例6
已知函数=a3 _2
2 +1(其中% e
R,a>0),若在区间[-士,士]上,/() >0恒成
立,求a的取值范围.
(2010年天津市数学高考文科试题第20题) 反思导数解不等式问题的基本方法是构造 函数模型,如何构造、怎样运算、何时分类讨论都是 难点.通过此类题可以考查学生的综合数学素养, 因此参考答案更多的是构造函数解决,利用导数与 单调性知识求最值.若考生熟练掌握常见曲线的几 何特征,则能“以形助数,以数解形”,运用直观的 方式呈现不等关系,从而在模式化的解法基础之 上,又提供了一种新的思路.如此是试题的巧解还 是解答的巧合,亦或是命题人的有心,值得品味!
参考文献
[1] 霍福策,曹军.转化与化归在不等式恒成立 中的应用[J].数学教学研究.2014(1) :45-
48.
[2] 李金兴,许兴铭.函数与导数专题[J].中学 教研(数学),2017(2) :3-38.
[3] 陈晓明.问题到底出在哪儿呢——
对一道导
数试题解法的探究[J].数学教学,2017 (1):
12-13.