刊名: 课程·教材·教法
Curriculum, Teaching Material and Method
主办: 人民教育出版社 课程教材研究所
周期: 月刊
出版地:北京
语种: 中文
开本: 大16K
ISSN: 1000-0186
CN: 11-1278/G4
历史沿革:
1981年创刊期刊荣誉:
国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊
中国期刊网来源刊
2011年度核心期刊,国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊,中国期刊网来源刊,百种重点期刊,社科双百期刊,首届全国优秀社科期刊。
一类函数切线问题的突破策略
【作者】 王晔茜
【机构】 福建省泉州五中
【正文】 知识理解:在导数的学习中,有几条特殊的切线需要我们关注,比如:函数y=ex图象在点处的切线方程为y=x+1,由此不等式ex>x+1(x≠0)需要关注;类似的,函数y=lnx图象在点(1,0)处的切线方程为y=x-1,由此不等式x-1>lnx(x≠1)需要关注;比如函数y=sinx图象与函数y=tanx图象在原点处的公切线方程为y=x,由此不等式sinx<x<tanx(0<x<■)需要关注;它们是函数的重点,也是高考的高频考点,结合函数图象理解可以让上述不等式更清晰。
问题辨析:
已知a>1,判断函数g(x)=ex-asinx-1在(0,π)的零点个数,并证明你的结论;
分析:函数g(x)=ex-asinx-1在(0,π)的零点个数,即关于x的方程ex-asinx-1=0的实根个数,即ex-1=asinx实根个数,需考查函数y=ex-1图象与y=asinx(a>1)图象交点的个数,
注意到:函数y=ex-1与y=sinx在原点处有公切线y=x,于是有ex-1>x>sinx(0<x<π),而当a>1时,只需函数y=sinx图象上各点纵坐标扩大为原来的a倍(横坐标不变),可得函数,y=asinx,这样,直线y=x不再是函数y=asinx的切线,而是一条“交线”。
解析:函数g(x)=ex-asinx-1在(0,π)存在唯一的零点;
证明:当a>0时,g(x)=ex-asinx-1,g'(x)=ex-acosx,
g''(x)=ex+asinx>0恒成立(x∈(0,π)),所以g'(x)在(0,π)上单调递增,
于是g'(x)∈(g'(0)),g'(π),即g'(x)∈(1-a,eπ+a),因为1-a<0,eπ+a>0,
所以存在x0∈(0,π),g'(x0)=0,
当x∈(0,x0)时,g'(x)∈(1-a,0),g(x)单调递减,g(x)∈(g(x0),0),此时没有零点;
当x∈(x0,π)时,g'(x)∈(0,eπ+a),g(x)单调递减,g(x)∈(g(x0),g(π)),
g(x0)<0,g(π)=eπ-1>0,故g(x)在(x0,π)上存在唯一零点,则在(0,π)存在唯一零点,
拓展思考:
实际上,我们在这一问题的学习中,可以紧扣这几条比较重要的切线,其余问题可以尽量和这几条切线联系在一起。比如上面辨析中,函数y=ex图象向下平移一个单位长度可得函数y=ex-1的图象,于是函数y=ex图象在(0,1)处的切线y=x+1相应地变化为函数y=ex-1在(0,0)处的切线y=x,而切线是很“微妙”的位置,是一种临界状态,考虑好这种特殊情况对我们研究函数的变化是有很大帮助的。
强化运用:
1.若x2>x1>0,则( )
A.x22-x12>2cosx1-2cosx2 B. x22-x12<2cosx1-2cosx2
C.x2-x1>cos2x1-cos2x2 D.x2-x1<cos2x1-cos2x2
解析:对于A、B,比如A,欲证:x22-x12<2cosx1-2cosx2,只需证:x22+2cosx2<x12+2cosx1,
构造函数f(x)=x2+2cosx,因为x2>x1>0,只需证明:f(x)在(0,+∞)上单调递增即可,
只需证明f'(x)=2x-2sinx≥0在(0,+∞)恒成立即可,
因为f''(x)=2-2cosx≥0恒成立,所以f'(x)在(0,+∞)上单调递增,
故f'(x)>f'(0),又f'(0)=0,所以f'(x)>0在(0,+∞)恒成立,故得证;
实际上,由前面“知识理解”可知直线y=x是函数y=sinx在原点处的切线,
不等式x>sinx(x>0)是成立的,这必须得到较快反馈;
知识小结:函数y=ex在点(0,1)处的切线y=x+1,函数y=lnx在点(1,0)处的切线y=x-1,函数y=sinx在点(0,0)处的切线y=x,以及由这三条曲线与三条切线的位置关系所引出若干不等式,历来都是考题的“原型”,其中从“割线”到“切线”包含着极限的思想。本文通过典型例题的辨析,利用数形结合,先有一个好的结论,再去证明这结论,这是有效而恰当的。在命题的过程中,参考这几条重要的切线展开命题思路,这是常见的,当然,结论或许容易判断,但并不一定容易证明。
问题辨析:
已知a>1,判断函数g(x)=ex-asinx-1在(0,π)的零点个数,并证明你的结论;
分析:函数g(x)=ex-asinx-1在(0,π)的零点个数,即关于x的方程ex-asinx-1=0的实根个数,即ex-1=asinx实根个数,需考查函数y=ex-1图象与y=asinx(a>1)图象交点的个数,
注意到:函数y=ex-1与y=sinx在原点处有公切线y=x,于是有ex-1>x>sinx(0<x<π),而当a>1时,只需函数y=sinx图象上各点纵坐标扩大为原来的a倍(横坐标不变),可得函数,y=asinx,这样,直线y=x不再是函数y=asinx的切线,而是一条“交线”。
解析:函数g(x)=ex-asinx-1在(0,π)存在唯一的零点;
证明:当a>0时,g(x)=ex-asinx-1,g'(x)=ex-acosx,
g''(x)=ex+asinx>0恒成立(x∈(0,π)),所以g'(x)在(0,π)上单调递增,
于是g'(x)∈(g'(0)),g'(π),即g'(x)∈(1-a,eπ+a),因为1-a<0,eπ+a>0,
所以存在x0∈(0,π),g'(x0)=0,
当x∈(0,x0)时,g'(x)∈(1-a,0),g(x)单调递减,g(x)∈(g(x0),0),此时没有零点;
当x∈(x0,π)时,g'(x)∈(0,eπ+a),g(x)单调递减,g(x)∈(g(x0),g(π)),
g(x0)<0,g(π)=eπ-1>0,故g(x)在(x0,π)上存在唯一零点,则在(0,π)存在唯一零点,
拓展思考:
实际上,我们在这一问题的学习中,可以紧扣这几条比较重要的切线,其余问题可以尽量和这几条切线联系在一起。比如上面辨析中,函数y=ex图象向下平移一个单位长度可得函数y=ex-1的图象,于是函数y=ex图象在(0,1)处的切线y=x+1相应地变化为函数y=ex-1在(0,0)处的切线y=x,而切线是很“微妙”的位置,是一种临界状态,考虑好这种特殊情况对我们研究函数的变化是有很大帮助的。
强化运用:
1.若x2>x1>0,则( )
A.x22-x12>2cosx1-2cosx2 B. x22-x12<2cosx1-2cosx2
C.x2-x1>cos2x1-cos2x2 D.x2-x1<cos2x1-cos2x2
解析:对于A、B,比如A,欲证:x22-x12<2cosx1-2cosx2,只需证:x22+2cosx2<x12+2cosx1,
构造函数f(x)=x2+2cosx,因为x2>x1>0,只需证明:f(x)在(0,+∞)上单调递增即可,
只需证明f'(x)=2x-2sinx≥0在(0,+∞)恒成立即可,
因为f''(x)=2-2cosx≥0恒成立,所以f'(x)在(0,+∞)上单调递增,
故f'(x)>f'(0),又f'(0)=0,所以f'(x)>0在(0,+∞)恒成立,故得证;
实际上,由前面“知识理解”可知直线y=x是函数y=sinx在原点处的切线,
不等式x>sinx(x>0)是成立的,这必须得到较快反馈;
知识小结:函数y=ex在点(0,1)处的切线y=x+1,函数y=lnx在点(1,0)处的切线y=x-1,函数y=sinx在点(0,0)处的切线y=x,以及由这三条曲线与三条切线的位置关系所引出若干不等式,历来都是考题的“原型”,其中从“割线”到“切线”包含着极限的思想。本文通过典型例题的辨析,利用数形结合,先有一个好的结论,再去证明这结论,这是有效而恰当的。在命题的过程中,参考这几条重要的切线展开命题思路,这是常见的,当然,结论或许容易判断,但并不一定容易证明。