极值点偏移问题专题(五)——对数平均不等式(本质回归)
极值点偏移的解题思路及比较

用,在解答题中需要证明.
( 五) 思路五( 对称构造)
设 f( x) 的极值点为 m,构造函数 F( x) = f( x) - f( 2m -
x) 或 F( x) = f( m - x) - f( m + x) 并参照零点 x1 ( 或 x2 ) 注明 定义域,然后确定 F( x) 的符号,并依据极值点一侧的单调
( 三) 思路三: 双向型超越不等式
{ 借 助 形 如
lnx
>
2( x - m) x+m
+ lnx( x > m) ,( m > 0) ,
的双
lnx
<
2( x - m) x+m
+ lnm( 0 < x < m)
向型超越不等式化超越函数为有理函数,形成关于 x1 + x2 或 x1 x2 的有理不等式后进行证明.
ln1
=
2( x - 1) x +1
(
0
<
x
<
1)
.
(
证明略)
可以得到
2lnt
= x2
- x1
+
ln
2 2
- x2 - x1
<
x2
-
x1
+
2( x1 - x2 ) 4 - ( x1 + x2 )
=
(
x2
-
x1) [2 - ( 4 - ( x1 +
x1 + x2 )
x2)
] ,
∵ x2 - x1 ,4 - ( x1 + x2 ) > 0.
(* )
{lna + 2ln( 1 - x1 ) = x1 + ln( 2 - x1 ) , 两式相减, lna + 2ln( x2 - 1) = x2 + ln( 2 - x2 ) ,
对数平均不等式在极值点偏移中应用

对数平均不等式(d e )典型应用极值点偏移问题(de)母题对数、指数平均不等式与高考中(de)一类热点,即极值点(de)偏移(类对称或淮对称)问题具有深该(de)内在联系,利用对数与指数平均不等式可建立极值点(de)偏移母题如下.[母题结构]:(Ⅰ)(对数模型)设P(x 1,y 1)、Q(x 2,y 2)是函数f(x)=mlnx+ax 2+bx+c(m≠0)图像上(de)任意两点,则当m>0时,f '(221x x +)<k PQ ;当m<0时,f '(221x x +)>k PQ ; (Ⅱ)(指数模型)设P(x 1,y 1)、Q(x 2,y 2)是函数f(x)=me x +ax 2+bx+c(m ≠0)图像上(de)任意两点,则当m>0时,f '(221x x +)<k PQ ;当m<0时,f '(221x x +)>k PQ . [母题解析]:(Ⅰ)由f(x)=mlnx+ax 2+bx+c⇒f '(x)=xm+2ax+b⇒f '(221x x +)=212x x m ++a(x 1+x 2)+b;又由k PQ =2121)()(xx x f x f --= m⋅2121ln ln x x x x --+a(x 1+x 2)+b⇒k PQ -f '(221x x +)=m(2121ln ln x x x x ---212x x +),由对数平均不等式:2b a +>ba ba ln ln --⇒2121ln ln x x x x -->212x x +⇒当m>0时,f '(221x x +)<k PQ ;当m<0时,f '(221x x +)>k PQ ; (Ⅱ)由f(x)=me x+ax 2+bx+c ⇒f '(x)=mex+2ax+b ⇒f '(221x x +)=me221x x ++a(x 1+x 2)+b;又由k PQ =2121)()(x x x f x f --=m⋅2121x x e e x x --+a(x 1+x 2)+b ⇒k PQ -f '(221x x +)=m(2121x x e e x x ---e221x x +),由指数平均不等式:ba e eb a -->e2b a +⇒2121x x e e x x -->e221x x +⇒当m>0时,f '(221x x +)<k PQ ;当m<0时,f '(221x x +)>k PQ .1.对数模型子题类型Ⅰ:(2011年辽宁高考试题)已知函数f(x)=lnx-ax 2+(2-a)x. (Ⅰ)讨论f(x)(de)单调性;(Ⅱ)设a>0,证明:当0<x<a 1时,f(a 1+x)>f(a1-x);(Ⅲ)若函数y=f(x)(de)图像与x 轴交于A,B 两点,线段AB 中点(de)横坐标为x 0,证明:f '(x 0)<0. [解析]:(Ⅰ)f(x)(de)定义域为(0,+∞),由f(x)=lnx-ax 2+(2-a)x ⇒f '(x)=-xx 12+(ax-1);①当a ≤0时,f '(x)>0⇒f(x)在(0,+∞)上递增;②当a>0时,f(x)在(0,a 1)上递增,在(a1,+∞)递减;(Ⅱ)令g(x)=f(a1+x)-f(a1-x)=ln(1+ax)-ln(1-ax)-2ax,则g '(x)=axa+1+axa -1-2a=222312xa x a ->0⇒g(x)在[0,a1)上递增⇒g(x)>g(0)=0⇒f(a 1+x)>f(a1-x);(Ⅲ)设A(x 1,0),B(x 2,0),则k AB =0,由f '(221x x +)<k AB =0⇒f '(x 0)<0.[点评]:若连续函数f(x)在区间(x 1,x 2)内有唯一(de)极值点x 0,且f(x 1)=f(x 2),研究221x x +与x 0(de)大小或判断f '(221x x +)(de)符号,统称为极值点(de)偏移问题;母题结论具有解决极值点偏移问题(de)根本性. 2.指数模型子题类型Ⅱ:(2010年天津高考试题)已知函数f(x)=xe -x (x ∈R). (Ⅰ)求函数f(x)(de)单调区间和极值;(Ⅱ)已知函数y=g(x)(de)图象与函数y=f(x)(de)图象关于直线x=1对称,证明:当x>1时,f(x)>g(x);(Ⅲ)如果x 1≠x 2,且f(x 1)=f(x 2),证明:x 1+x 2>2. [解析]:(Ⅰ)由f(x)=xe -x ⇒f '(x)=e-x-xe -x =(1-x)e -x ,列表如下,由表知f(x)在(-∞,1)内是增函数,在(1,+∞)内是减函数,函数f(x)在x=1处取得极大值f(1),且f(1)=e -1;(Ⅱ)由函数y=g(x)(de)图象与函数y=f(x)(de)图象关于直线x=1对称⇒g(x)=f(2-x)=(2-x)e x-2;当x>1时,令F(x)=f(x)-g(x)=xe -x +(x-2)e x-2,则F '(x)=(x-1)(e 2x-2-1)e -1>0⇒函数F(x)在[1,+∞)是增函数⇒F(x)>F(1)=0⇒f(x)>g(x);(Ⅲ)设P(x 1,y 0),Q(x 2,y 0),由x 1≠x 2,且f(x 1)=f(x 2),则x 1,x 2>0;令g(x)=lnf(x)=lnx-x,则g '(221x x +)<k PQ =0⇒212x x +-1<0⇒x 1+x 2>2.[点评]:指数与对数函数模型不仅具有相似(de)结论,实质上,由函数y=e x 与y=lnx(de)对称性知,母题中,指数与对数函数模型(de)结论是等价(de);把指数函数问题转化为对数函数问题是解决指数函数问题(de)常用方法. 3.切线背景子题类型Ⅲ:(2005年湖南高考试题)已知函数f(x)=lnx,g(x)=21ax 2+bx,a ≠0.(Ⅰ)若b=2,且h(x)=f(x)-g(x)存在单调递减区间,求a(de)取值范围;(Ⅱ)设函数f(x)(de)图象C 1与函数g(x)图象C 2交于点P 、Q,过线段PQ(de)中点作x 轴(de)垂线分别交C 1,C 2于点M 、N,证明:C 1在点M 处(de)切线与C 2在点N 处(de)切线不平行. [解析]:(Ⅰ)当b=2时,h(x)=f(x)-g(x)=lnx-21ax 2-2x ⇒h '(x)=x 1-ax-2=-x1(ax 2+2x-1)(x>0);所以,h(x)存在单调递减区间⇔h '(x)≤0在(0,+∞)内有解集区间⇔T(x)=ax 2+2x-1≥0在(0,+∞)内有解集区间⇔a>0,或a<0,且4+4a>0⇔ a(de)取值范围是(-1,0)∪(0,+∞);(Ⅱ)设P(x 1,y 1),Q(x 2,y 2),A(x 1,0),B(x 2,0),由h(x)=f(x)-g(x)=lnx-21ax 2+bx ⇒h '(x)=f '(x)-g '(x)⇒h '(221x x +)=f '(221x x +)-g '(221x x +)<k AB =0⇒f '(221x x +)<g '(221x x +)⇒C 1在点M 处(de)切线斜率=f '(221x x +)<C 2在点N 处(de)切线斜率=g '(221x x +)⇒C 1在点M 处(de)切线与C 2在点N 处(de)切线不平行.[点评]:对数、指数平均不等式及其引伸(de)母题结论具有广泛(de)应用,尤其在解决双切线问题中,具有十分有力(de)深刻应用;掌握对数、指数平均不等式及其引伸(de)母题结论(de)证明是十分必要(de). 4.子题系列:1.(2016年安徽蚌埠二模试题)设函数f(x)=x 2+3x+3-ae x (a 为非零常数). (Ⅰ)求g(x)=xe xf )((de)单调区间;(Ⅱ)若存在b,c ∈R,且b ≠c,使f(b)=f(c),试判断a f '(2c b +)(de)符号.2.(2014年江苏南通二模试题)设函数f(x)=e x -ax+a(a ∈R),其图像与x 轴交于A(x 1,0),B(x 2,0)两点,且x 1≠x 2. (Ⅰ)求a(de)取值范围; (Ⅱ)证明:f '(21x x )<0(f '(x)为函数f(x)(de)导函数).3.(2013年湖南高考试题)已知函数f(x)=211x x +-e x .(Ⅰ)求f(x)(de)单调区间;(Ⅱ)证明:当f(x 1)=f(x 2)(x 1≠x 2)时,x 1+x 2<0.4.(2014年广东韶关二模试题)已知函数f(x)=ln(x+a 1)-ax,其中,a ∈R 且a ≠0.(Ⅰ)讨论f(x)(de)单调性;(Ⅱ)若不等式f(x)<ax 恒成立,求实数a(de)取值范围;(Ⅲ)若方程f(x)=0存在两个异号实根x 1,x 2,求证:x 1+x 2>0. 5.(2011年湖南高考试题)设函数f(x)=x-x1-alnx(a ∈R),(Ⅰ)讨论f(x)(de)单调性;(Ⅱ)若f(x)有两个极值点x 1和x 2,记过点A(x 1,f(x 1)),B(x 2,f(x 2)),(de)直线(de)斜率为k,问:是否存在a,使得k=2-a 若存在,求出a(de)值;若不存在,请说明理由. 6.(2015年广东广州二模试题)已知函数f(x)=alnx-11+-x x ,g(x)=e x (其中e 为自然对数(de)底数).(Ⅰ)若函数f(x)在区间(0,1)内是增函数,求实数a(de)取值范围;(Ⅱ)当b>0时,函数g(x)(de)图象C 上有两点P(b,e b ),Q(-b,e -b ),过点P,Q 作图象C(de)切线分别记为l 1,l 2,设l 1与l 2(de)交点为M(x 0,y 0),证明:x 0>0. 5.子题详解: 1.解:(Ⅰ)由g(x)=xex f )(=(x 2+3x+3)e -x -a ⇒g '(x)=-x(x+1)e -x ⇒g(x)在(-∞,-1)和(0,+∞)上递减,在(-1,0)上递增; (Ⅱ)令P(b,f(b)),Q(c,f(c)),则k PQ =0;①当-a>0,即a<0时,f '(2c b +)<k PQ =0⇒a f '(2cb +)>0;②当-a<0,即a>0时, f '(2cb +)>k PQ =0⇒a f '(2c b +)>0.综上,a f '(2cb +)>0. 2.解:(Ⅰ)由f '(x)=e x -a;①当a ≤0时,f '(x)>0⇒f(x)在(-∞,+∞)上单调递增⇒f(x)至多有一个零点,不合题意;②当a>0时,f(x)在(-∞,lna)上单调递减,在(lna,+∞)上单调递增,由f(x)有两个零点⇒f min (x)=f(lna)=2a-alna<0⇒a>e 2⇒lna>2;又f(1)=e>0,f(a -1lna)=e 1-alna-lna+a>a -1lna+1-(a-1)+a=a -1lna+2>0⇒f(x)有两个零点x 1,x 2,且1<x 1<x 2.故a(de)取值范围是(e 2,+∞);(Ⅱ)由f '(221x x +)<k PQ =0,且f '(x)=e x -a 在(-∞,+∞)上单调递增;又由1<x 1<x 2⇒21x x <221x x +⇒f '(21x x )<f '(221x x +)<0.3.解:(Ⅰ)由f(x)=211x x +-ex⇒f '(x)=-222)1()32(x x x x ++-ex⇒f(x)在(-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减; (Ⅱ)不妨设x 1<x 2,由(Ⅰ)知x 1<0,x 2>0;由f(x 1)=f(x 2)⇒21111x x +-e 1x =22211x x +-e 2x >0⇒0<x 2<1,ln(1-x 1)-ln(1+x 12)+x 1=ln(1-x 2)-ln(1+x 22)+x 2⇒(x 1+x 2)22212221)1ln()1ln(x x x x -+-++)1()1()1ln()1ln(2121x x x x ------=1;根据对数平均不等式,有22212221)1ln()1ln(x x x x -+-+>222221++x x ,)1()1()1ln()1ln(2121x x x x ------>)(2221x x +-⇒(x 1+x 2)222221++x x +)(2221x x +-<1⇒(x 1+x 2)222221++x x +)(2221x x +--1<0⇒(x 1+x 2)222221++x x +)(22122x x x x +-+<0⇒(x 1+x 2)[222221++x x +)(2121x x +-]<0;由x 1<0,0<x 2<1⇒x 1+x 2<2⇒)(2121x x +->0⇒222221++x x +)(2121x x +->0⇒x 1+x 2<0.4.解:(Ⅰ)由f(x)(de)定义域为(-a1,+∞),f '(x)=-12+ax x a ;①当a<0时,f '(x)>0⇒f(x)在(-a 1,+∞)上单调递增;②当a>0时,在区间(-a1,0)上,f '(x)>0,在区间(0,+∞)上,f '(x)<0⇒f(x)在(-a1,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减;(Ⅱ)由f(x)<ax ⇔2ax-ln(x+a 1)>0,令x=e-a 1得:2a(e-a1)-1>0⇒2ea-3>0⇒a>0;令g(x)=2ax-ln(x+a1),则g '(x)=122+ax a (x+a21)⇒g(x)在(-a1,-a21)上单调递减,在(-a21,+∞)上单调递增⇒g min (x)=g(-a 21)=-1-ln(2a);由g min (x)>0⇒a>2e ⇒a(de)取值范围是(2e,+∞);(Ⅲ)由(Ⅰ)知a>0,且-a1<x 1<0<x 2,由f(x 1)=f(x 2)=0⇒ln(x 1+a 1)-ax 1=ln(x 2+a 1)-ax 2=0⇒x 1+a 1=e 1ax ,x 2+a1=e 2ax⇒x 2-x 1=e2ax -e1ax ⇒1212ax ax e e ax ax --=a1;又x 1+x 2+a2=e1ax +e2ax ,根据指数平均不等式,有=e 1ax +e2ax >2⋅1212ax ax e e ax ax --=a2⇒x 1+x 2+a2>a2⇒x 1+x 2>0.5.解:(Ⅰ)f(x)(de)定义域为(0,+∞),f '(x)=21x(x 2-ax+1);①当a ≤2时,f '(x)≥0⇒f(x)在(0,+∞)上单调递增;②当a>2时,由f '(x)=0⇒x 1=242--a a ,x 2=242-+a a ⇒f(x)在(0,x 1)和(x 2,+∞)上单调递增,在(x 1,x 2)上单调递减;(Ⅱ)由(Ⅰ)知,a<2,且x 1x 2=1;由k=2121)()(x x x f x f --=1+211x x -a 2121ln ln xx x x --;若存在a,使得k=2-a,则2121ln ln x x x x --=1,即2121ln ln xx x x --=21x x ;但由加细基本不等式知;2121ln ln xx x x -->21x x .故不存在a,使得k=2-a.6.解:(Ⅰ)由函数f(x)在区间(0,1)内是增函数⇔当x ∈(0,1)时,f '(x)=x a -2)1(2+x ≥0⇔当x ∈(0,1)时,a ≥212++xx ⇔a ≥21.故实数a(de)取值范围为[21,+∞);(Ⅱ)由g(x)=e x⇒g '(x)=e x⇒切线l 1:y=e b (x-b)+e b ,l 2:y=e -b (x+b)+e -b ⇒x 0=b ⋅bb b b e e e e ---+-1=b ⋅b bee 2211---+-1;设t=e -2b ∈(0,1),则lnt=-2b ⇒-1=tbln2⇒x 0=b ⋅t t -+11+t b ln 2=b(t t -+11+t ln 2);由(Ⅰ)知,当a=21时,f(x)=21lnx-11+-x x 在区间(0,1)内是增函数⇒f(t)=21lnt-11+-t t <f(1)=0⇒2ln t<11+-t t ⇒t t-+11+tln 2>0⇒x 0>0.。
含对数式的极值点偏移问题

6含对数式的极值点偏移问题二f 2X0 -X 2,比较X 2与2X0 7的大小,即比较X0与宁的大小.2.又一解题策略:根据f x ^ f X 2建立等式,通过消参、恒等变形转化为对数平均,捆绑构造函数,利用对数平均不等式链求解. 对数平均不等式的介绍与证明对数平均与算术平均、几何平均的大小关系: 、、ab 乞L(a,b)乞勺匕(此式记为 对数平均不等式) 取等条件:当且仅当 a 二b 时,等号成立._ a 亠b只证:当 a = b 时,.、ab ::: L(a,b): 2证明如下:(I )先证:■. ab : L(a,b)IHIIIa + b(II )再证:L(a,b)::2构造函数 g(x) =lnx 」2^ 9,(x 1),则 g (x)=丄(x+1)不等式Cyf2( ---- 1 )a+b b(兰+i )1.若f X 的极值点为X 0,则根据对称性构造一元差函数Fx=fX0,X-fX 0-X ,F x 的单调性以及F 0 [=0,借助于f 为i= f X2 =X 。
- X 。
- X 2 与 f ||_X o •X o 巧借X 2两个正数a 和b 的对数平均定义:a-b -- @ 丰 b),ln (3 — ln2)a(a = b)..不失一般性,可设 a b .不等式★…一a a ;i)二 2Inxcx —〕(其中X = J2A 1) a xb构造函数 f(x)=2In x-(x 」,(x1),2 1 1 2 则 f (刈二—-—二二「(1-一)2.XXX因为X 1时,f (x) - 0,所以函数f (x)在(1「:)上单调递减, 故f (x) :: f(1) =0,从而不等式成立;4 (x-1)2・…2 , 亠八2 . X (x 1) x(x 1)a b因为x .1时,g(x) .0,所以函数g(x)在(1,七)上单调递增,故g(x) :::g(1) =0,从而不等式成立;m亠b综合(I)(II )知,对-a,b・R •,都有对数平均不等式ab_L(a,b) 成立,2当且仅当a二b时,等号成立.例 1.已知函数f(x)=lnx-ax2• (2-a)x.(1)讨论f (x)的单调性;1 1 1(2)设a . 0,证明:当0 :::x 时,f ( x) f ( x);a a a(3)若函数y = f(x)的图象与x轴交于代B两点,线段AB中点的横坐标为沧,证明:【解析】门)易得:当*0时,/(力在(02)上单调递曹当心0时,/仗)在(0丄)上单调递増,在(-;+x)±B调递减一a a(2)法一:构造函数g(x) = f(— + x)-/(--算):(0 < 兀< 丄), a a a二&(刃在①丄)上单调递増,a又£(0) = 0,二£(兀)>0, PP /(-+x) > /(- -x> .1 1法二:构造以a为主元的函数,设函数h(aH f ( x) - f( x),a a1 1由0 ::: x ,解得0 ::: a :::a x1 当0:::a 时,h(a) 0 ,.•. h(a)在(0「:)上单调递增,x1 1 1而h(0) =0 ,所以h(a) 0,故当0 ::x 时,f ( x) f ( x).a a a f (x。
(完整版)极值点偏移问题专题——对数平均不等式

极值点偏移——对数平均不等式(本质回归)笔者曾在王挽澜先生的著作《建立不等式的方法》中看到这样一个不等式链:, 不曾想,其中一部分竟可用来解极值点偏移问题. 对数平均不等式:对于正数,,且,定义为,的对数平均值,且,即几何平均数<对数平均数<算术平均数,简记为.先给出对数平均不等式的多种证法. 证法1(对称化构造) 设,则,,构造函数,则.由得,且在上,在上,为的极大值点.对数平,等价于,这是两个常规的极值点偏移问题,留给读者尝试.证法2(比值代换) 令,则,构造函数可证.证法3(主元法) 不妨设,111ln2e e 2ln b a b aa ab b ab ab b a b a ba b a b b b a a a ---⎛⎫-+⎛⎫<<<<<<⎪ ⎪+-⎝⎭⎝⎭ab a b ≠ln ln a ba b--a b ln ln 2a b a ba b -+<-()()(),,,G a b L a b A a b <<0ln ln a bR a b-=>-ln ln k a k b a b -=-ln ln k a a k b b -=-()ln f x k x x =-()()f a f b =()1kf x x'=-()0f k '=()f x ()0,k Z (),k +∞]x k =()f x 2a b k +<<22a b kab k +>⎧⎨<⎩1at b=>()()11ln ln 2ln 2b t b t a b a ba b t -+-+<<⇔<<-()2111ln ln 21t t t t t t --+⇔<⇔<<+a b >.记,,则 ,得在上,有,左边得证,右边同理可证.证法4(积分形式的柯西不等式) 不妨设,则由得,; 由得,.证法5(几何图示法) 过上点作切线,由曲边梯形面积,大于直角梯形面积,可得,即; 如上右图,由直角梯形面积大于曲边梯形面积,可得. 由对数平均不等式的证法1、2即可看出,它与极值点偏移问题间千丝万缕的联系,下面就用对数平均不等式再解前面举过的例题.再解例1:即,,则ln ln ln ln 0ln ln a b a b a b a b -<⇔-<⇔-<-()ln ln f a a b =-(),a b ∈+∞()210f a a '==<()f a (),b +∞]()()0f a f b <=a b >()()()()2ln ln ln 22ln ln ln e e 1aa axx bbbdxdxdx <⎰⎰⎰()()()2221ln ln 2b a a b a b -<--ln ln 2a b a ba b -+<-()222111a a ab b bdx dx dx x x ⎛⎫⎛⎫< ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰⎰()()211ln ln a b a b b a ⎛⎫-<-- ⎪⎝⎭ln ln a ba b-<-()1f x x =2,2a b a b +⎛⎫⎪+⎝⎭()11ln ln 2a b a b dx a b a b x -⋅<=-+⎰ln ln 2a b a b a b -+<-1dx x=< ⎪ ⎪⎝⎭ln ln a b a b -<-()()12f x f x =1212ee x x x x --=1122ln ln x x x x -=-12121ln ln x x x x -=-(正数,的对数平均数为1),得,且.再解例2:即;由得,两式相减得 ,下面用反证法证明.若,则,,取对数得,则.而由对数平均不等式得,矛盾.再解例3:由得, ; . 由对数平均不等式得,,得. 再解练习1:由得,则,1x 2x 1212x x +<<121x x <122x x +>()()()22e 10xf x x a x =-+-=()()22e 10xx a x -=->()()120f x f x ==()()()()122112222e 12e 1x x x a x x a x ⎧-=-⎪⎨-=-⎪⎩()()()()121212122e 2e 2x xx x a x x x x ---=-+-122x x +<122x x +≥()()12122e 2e 0x x x x ---≤()()12122e 2e x xx x -≤-()()1122ln 2ln 2x x x x -+≤-+()()21121ln 2ln 2x x x x -≥---()()()()()()()()121221121212222221ln 2ln 2ln 2ln 222x x x x x x x x x x x x ----+--+=<=-≤------1122ln ln x x x x m ==11ln m x x =22ln mx x =1212121212ln ln ln ln ln ln ln ln m mx x x x mx x x x x x --==---()12121212ln ln ln ln ln ln m x x m mx x x x x x ++=+=()()12121212ln ln 0,ln 0,ln 0ln ln 2ln ln m x x mm x x x x x x +-<<<<+()12122ln ln ln x x x x ->+=1221e x x <1122ln ln x ax x ax -=-1212110ln ln e x x a x x a -⎛⎫=<< ⎪-⎝⎭1212x xa +<得; ,已证. 再解例4:同例1,不再详述. 再解例5:同例1得到,则. 再解例7(2):易得,则,则,. 再解例8:,,得,则,,.再解练习2:原题结论抄写有误,应更正为.即,,则 ①-②得,则(正数,的对数平均数为1).,得,且.①+②得,由此可得.解练习3:选项D :即,则,,所以1222ex x a +>>()2121212122e ln ln 22x x x x a x x x x a>⇔+>⇔+>⇔+>121x x <12112x x +>>()1ln 1ln ln ln 0,1a b a b a b a b ++-==∈-1ln ln a b a b->-12a b+>2a b +>11222ln 2ln x ax x ax -=-()()12122ln ln x x a x x -=-12122ln ln x x x x a -=-1222x x a +>124x x a +>()121224262x x x x x a a a+=++>+=0f '<()0f x =()()2e 1e x a x a =->()ln ln 1x a x =+-()()1122ln ln 1 ln ln 1 x a x x a x =+-⎧⎨=+-⎩①②()()()()12121211ln 1ln 1x x x x x x -=---=---()()()()1212111ln 1ln 1x x x x ---=---11x -21x -()()121112x x -+-<<()()12111x x --<124x x +>()()12122ln ln 112ln x x a x x a +=+--<12ln 2x x a +<<0f '<()()12f x f x =121222ln ln x x x x +=+()12122112222ln ln x x x x x x x x --=-=121212ln ln 2x x x x x x -=-. 顺带地,也有. 极值点偏移问题,多与指数函数或对数函数有关,解题的关键有以下几步: (1)根据建立等量关系;(2)等量关系中如果含有参数,可考虑消参;如果含有指数式,可考虑两边取对数; (3)通过恒等变形转化出对数平均数(的值或仍用,表示),代入对数平均不等式求解.细心的读者不难发现,用对数平均不等式来解极值点偏移问题的方法也有局限性,也不是万能的(再解过程中漏掉了例6),其中能否简洁地表示出对数平均数是关键中的关键,最后再举一例. 例10设函数的两个零点是,,求证:. 证法1:首先易知,且在上,在上,不妨设,,构造函数可证.证法2:由题意得,两式相减得 , ,,121212442x x x x x x <⇒>⇒+>>()()1212111212121111122x x x x x x x x x x x x +<⇒<+⇔--<⇔+>()()120f x f x ==1x 2x ()()2ln 2f x x ax a x =-+-1x 2x 1202x x f +⎛⎫'< ⎪⎝⎭0a >()f x 10,a ⎛⎫ ⎪⎝⎭Z 1a ⎛⎫∞ ⎪⎝⎭]1210x x a <<<121212201022x x x x f a x x a ++⎛⎫'<⇔⋅->⇔+> ⎪⎝⎭()()2F x f x f x a ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭()()21112222ln 20ln 20x ax a x x ax a x ⎧-+-=⎨-+-=⎩()()()()12121212ln ln 20x x a x x x x a x x --+-+--=()()()121212ln ln 2x x x x a x x a -=-++-()12121210ln ln 2x x x x a x x a -=>-++-所以.()()()()212121212122012x x a x x a x x a x x a +<⇒++-+->++-()()()12121212221002x x a x x x x x x f a +⎛⎫'⇒+-++>⇒+>⇒< ⎪⎝⎭。
极值点偏移问题专题(二)——函数的选取(操作细节)

这或许是史上最全的极值点偏移系列文章极值点偏移(0)——偏移新花样(拐点偏移)极值点偏移(1)——对称化构造(常规套路)极值点偏移(2)——函数的选取(操作细节)极值点偏移(3)——变更结论(操作细节)极值点偏移(4)——比值代换(解题方法)极值点偏移(5)——对数平均不等式(本质回归)极值点偏移(6)——泰勒展开(本质回归)极值点偏移(7)——好题精选一题多解23例今天带来极值点偏移系列 第三篇文章,供大家参考极值点偏移问题专题(二)——函数的选取(操作细节)例4 已知函数()e xf x ax =-有两个不同的零点1x ,2x ,其极值点为0x .(1)求a 的取值范围;(2)求证:1202x x x +<; (3)求证:122x x +>;(4)求证:121x x <. 解:(1)()e x f x a '=-,若0a ≤,则()0f x '>,()f x 在R 上 ,()f x 至多有一个零点,舍去;则必有0a >,得()f x 在(),ln a -∞上 ,在()l n ,a +∞上 ,要使()f x 有两个不同的零点,则须有()ln 0e f a a <⇒>.(严格来讲,还需补充两处变化趋势的说明:当x →-∞时,()f x →+∞;当x →+∞时,()f x →+∞).(3)由所证结论可以看出,这已不再是()f x 的极值点偏移问题,谁的极值点会是1呢?回到题设条件:()e e 0e x x xf x ax ax a x =-=⇔=⇔=,记函数()e xg x x =,则有()()12g x g x a ==. 求导得()()2e 1x x g x x -'=,则1是()g x 的极小值点,我们选取函数()g x 来证(3)中结论122x x +>;顺带地,也可证(4)中结论121x x <.(i )()g x 在(),0∞上 ,在()0,1上 ,在()1,+∞上 ;()g x 与x 的符号相同;当x →-∞时,()0g x →;当0x -→时,()g x →-∞;当0x +→时,()g x →+∞时,()g x →+∞,()g x 的图像如下:由()()12g x g x a ==不妨设1201x x <<<.(ii )构造函数()()()2G x g x g x =--,则()()()()()()()()2222222e 1e 12e e 12x x x x G x g x g x x x x x x x x --'''=+---=+-⎛⎫=-- ⎪ ⎪-⎝⎭,(4)(i )同上;(ii )构造函数()()1G x g x g x ⎛⎫=- ⎪⎝⎭,则 ()()()()()1122222111e 1e 111e e 1x xx x G x g x g x x x x x x x x x x ⎛⎫'''=+ ⎪⎝⎭⎛⎫- ⎪-⎝⎭=+⋅⎛⎫ ⎪⎝⎭-=-⋅当01x <<时,10x -<,但因式1e e x x -的符号不容易看出,引进辅助函数()1e e xx x x ϕ=-,则()11e 1e x x x x ϕ⎛⎫'=+- ⎪⎝⎭,当()0,1x ∈时,()0x ϕ'>,得()x ϕ在()0,1上 ,有()()10x ϕϕ<=,则()0G x '>,得()G x 在()0,1上 ,有()()10G x G <=,即()()101g x g x x ⎛⎫<<< ⎪⎝⎭; (iii )将1x 代入(ii )中不等式得()()1211g x g x g x ⎛⎫=<⎪⎝⎭,又21x >,111x >,()g x 在()1,+∞上 ,故211x x <,121x x <. 点评:虽然做出来了,但判定因式()222e e 2x xx x ---及1e e x x x -的正负时,均需要辅助函数的介入,费了一番功夫,虽然()g x 的极值点是1,理论上可以用来做(3)、(4)两问,但实践发现略显麻烦,我们还没有找到理想的函数.再次回到题设条件:()()0e e ln ln ln ln x f x ax a x a x x x a =⇔=>⇔=+⇔-=,记函数()ln h x x x =-,则有()()12ln h x h x a ==.接下来我们选取函数()h x 再解(3)、(4)两问.(3)(i )()11h x x '=-,得()h x 在()0,1上 ,在()1,+∞上 ,有极小值()11h =,又当0x +→时,()h x →+∞;当x →+∞时,()h x →+∞,故()h x 的图像如下:由()()12h x h x =不妨设1201x x <<<.(ii )构造函数()()()2H x h x h x =--,则()()()()2111121112H x h x h x x x x x x '''=+-=-+--⎛⎫=-- ⎪-⎝⎭当01x <<时,10x -<,1102x x->-,则()0H x '<,得()H x 在()0,1上 ,有()()10H x H >=,即()()()201h x h x x >-<<点评:用函数()ln h x x x =-来做(3)、(4)两问,过程若行云流水般,格外顺畅.这说明在极值点偏移问题中,若函数选取得当,可简化过程,降低难度.注1:第(2)问也可借助第(4)问来证:将11ln ln x x a =+,22ln ln x x a =+相加得()12120ln 2ln 2ln 2x x x x a a x +=+<=.注2:在第(ii )步中,我们为什么总是给定1x 的范围?这是因为1x 的范围()0,1较2x 的范围()1,+∞小,以第(3)问为例,若给定()1,x ∈+∞,因为所构造的函数为()()()2H x h x h x =--,这里0x >,且20x ->,得02x <<,则当2x ≥时,()H x 无意义,被迫分为两类:①若22x ≥,则1222x x x +>≥,结论成立;②当()1,2x ∈时,类似于原解答.而给字()0,1x ∈,则不会遇到上述问题.当然第(4)问中给定1x 或2x 的范围均可,请读者自己体会其中差别.思考:练习1(查看热门文章里极值点偏移(1))应该用哪个函数来做呢? 提示:用函数ln x y x =来做212e x x >,用函数ln y x ax =-来做122x x a+>.练习2 (安徽合肥2017高三第二次质量检测)已知()ln()f x x m mx =+-(1) 求()f x 的单调区间(2) 设1m >, 1x ,2x 为函数()f x 的两个零点,求证120x x +<提示:将()0f x =,两边取对数转化为指数方程处理。
对数平均不等式极值点偏移

对数平均不等式极值点偏移大家好,今天咱们聊聊一个数学小问题,听上去可能有点拗口,但其实并不难懂。
我们要探讨的是“对数平均不等式极值点偏移”。
别急,听我慢慢道来。
1. 对数平均不等式的基础知识1.1 什么是对数平均不等式?首先,啥是对数平均不等式呢?简单来说,就是在数学里,有一种不等式,它涉及到对数运算。
对数平均不等式就是其中一种。
你可以把它当作是两个数的对数平均值和它们的对数和之间的关系。
这种不等式告诉我们,怎么计算这些对数值的平均数更能体现真实情况。
1.2 如何理解对数平均不等式?打个比方,就像是你和朋友一起去吃饭,大家都点了不同的菜。
你想算出每个人平均吃了多少,其实就是在用对数平均的办法。
这时候,如果你算出的数和大家的实际情况对不上,说明可能你的计算方法有点偏差。
对数平均不等式就是帮我们纠正这些偏差的工具。
2. 极值点的概念2.1 什么是极值点?接下来,我们聊聊极值点。
极值点就是函数图像上最高点或者最低点的地方,简单点说,就是“山顶”和“山谷”。
比如,你在山上爬山,爬到最高点就是极值点。
而在数学里,这个极值点帮助我们了解函数的行为和变化。
2.2 极值点偏移是什么意思?当我们说“极值点偏移”时,其实就是在探讨这些“山顶”和“山谷”位置的变化。
想象一下,你在画一个山的图形,如果你动了一下笔的位置,山的顶端可能就不在原来的地方了,这就是偏移。
在对数平均不等式中,我们研究的就是这些“山顶”和“山谷”位置怎么随着条件的变化而移动。
3. 对数平均不等式的极值点偏移3.1 为什么要关注极值点偏移?极值点偏移听起来有点复杂,但其实它在很多实际问题中都很重要。
比如在优化问题中,我们希望找到最优解,这时极值点的偏移可能会影响到我们的结果。
如果我们能搞清楚这些极值点如何变化,就能更准确地找到最佳解。
3.2 举个例子,聊聊实际应用比如说你在找最佳的购物打折策略。
假如你有一张优惠券,它的使用规则就像是对数平均不等式的一种情况。
高中数学极值点偏移与对数均值不等式

极值点偏移与对数均值不等式【知识梳理】1.极值点偏移的基本特征:指单极值函数,由于函数极值点左右的增减速度不同,使得函数图象没有轴对称性.2.函数极值点偏移的含义:已知函数f(x)有唯一的极值点x=x0,直线y=a与函数f(x)的图象交于不同的两点A(x1,a),B(x2,a),AB的中点为M(x1+x22,a),若x0≠x1+x22,则称f(x)的极值点出现了偏移.3.函数极值点偏移的分类:当x1+x22>x0时,称f(x)在x=x0处的极值点左偏;当x1+x22<x0时,称f(x)在x=x0处的极值点右偏.4.一般地,设函数f(x)在x=a处取得极值,且当x<a时,f(x)单调递增(递减),当x>a时,f(x)单调递减(递增).若f(x1)=f(x2),f(2a-x2)>f(x2)=f(x1)(f(2a-x2)<f(x2)=f(x1)),则有x1+x2<2a(x1+x2>2a)5.对数均值不等式:2x1+x2<ln x2-ln x1x2-x1<1x1·x2.该不等式的几何意义是:曲线f(x)=ln x上过点A(x1,ln x1),B(x2,ln x2)的割线的斜率介于f(x)在点x=x1+x22处的切线斜率与在点x=x1x2处的切线斜率之间.【例题分析】例1 (1)已知函数f(x)=e x-ax有两个零点x1,x2(x1<x2),则下列说法错误的是()(A)a>e (B)x1+x2>2(C)x1x2>1 (D)有极小值点x0,且x1+x2<2x0(2)函数f(x)=x(2ln x-a)+1有两个零点x1,x2,在下列不等式中:①x1+x2>1;②0<x1+x2<1;③x1x2>14;④0<x1x2<14.其中成立的是()(A)①③(B)①④(C)②③(D)②④(3)设a,b∈R,且a<b,若a3e b=b3e a,给出下列结论:①a+b>6;②ab<9;③a+2b>9;④a<3<b.其中所有正确结论的序号有________.例2 (2011辽宁)已知函数f(x)=ln x-ax2+(2-a)x.若y=f(x)的图象与x轴交于A,B两点,线段AB的中点的横坐标为x0,证明:f'(x0)<0.例3 (2017安徽蚌埠模拟)若A(x1,y1),B(x2,y2),C(x0,y0)是函数f(x)=ax2+(1-2a)x-ln x (a∈R)图象上不同的三点,且x0=x1+x22,试判断f'(x0)与y1-y2x1-x2之间的大小关系.例4 已知函数f(x)=x e-x,若x1≠x2,且f(x1)=f(x2),证明:x1+x2>2.例5 设函数f(x)=e x-ax+a(a∈R),其图象与x轴交于A(x1,0),B(x2,0)两点,且x1<x2,f'(x)为f(x)的导数,证明:f'(x1x2)<0.例6 (2016镇江模拟)记函数f(x)=e x的图象为C,函数g(x)=kx-k的图象记为l.若图象C 与直线l有两个不同的交点A,B,其横坐标分别为x1,x2,设x1<x2,求证:x1x2<x1+x2.例7 已知函数f(x)=ln x-ax2(a∈R).(1)讨论f(x)的零点个数;(2)当f(x)有两个零点x1,x2时,求证:x1x2>e.例8 已知函数f(x)=x ln x与直线y=m交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,求证:0<x1x2<e-2.例9 (2017石家庄二模)设函数f(x)=e x-ax+a,其中e为自然对数的底数,其图象与x轴交于A(x1,0),B(x2,0)两点,且x1<x2.(1)求实数a的取值范围;(2)证明:f'(2x1+x23)<0(f'(x)为函数f(x)的导函数).。
利用对数平均不等式破解极值点偏移问题

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利用对数平均不等式破解极值点偏移问题
作者:杨瑞强
来源:《中学数学杂志(高中版)》2016年第05期
近几年的高考数学压轴题中,经常出现与函数的极值点偏移有关的问题,由于这类问题的解决往往需要构造函数,技巧性较强,考生难于切入,在短时间内难以解决.如果我们借助对数平均不等式加以放缩,那么问题难度大大降低.下面谈谈利用这个不等式破解此类高考导数的压轴题.
1极值点偏移的定义
对于函数y=f(x)在区间(a,b)内只有一个极值点x0,方程f(x)=0的解为x1,x2,且a
(1)若x1+x22>x0,则称函数y=f(x)在区间(a,b)上极值点x0左偏,简称x0左偏;(2)若x1+x22
4转化策略与步骤
极值点偏移问题中,函数中多有形如ex和lnx的式子,并且极值点偏移问题实质是双变量的问题,而双变量的问题许多都可以回归对数平均.常利用对数平均不等式放缩解决,其转化的步骤有:
第一步:根据f(x1)=f(x2)建立等式;
第二步:如果等式含有参数,则消参;有指数的则两边取对数,转化为对数式;
第三步:通过恒等变换转化为对数平均问题,利用对数平均不等式放缩求解.
作者简介杨瑞强(1979—),男,湖北黄冈人,中学一级教师,黄石市优秀班主任,黄石市优秀数学教师,主要从事数学教育与中学教学研究.近几年,在数学专业杂志上发表文章80余篇.。
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极值点偏移(5)——对数平均不等式(本质回归)笔者曾在王挽澜先生的著作《建立不等式的方法》中看到这样一个不等式链:111ln2e e2lnb ab a aa bbab ab b a b a baba b b b a aa---⎛⎫-+⎛⎫<<<<<<⎪⎪+-⎝⎭⎝⎭,不曾想,其中一部分竟可用来解极值点偏移问题.对数平均不等式:对于正数a,b,且a b≠,定义ln lna ba b--为a,b的对数平均值,且ln ln2a b a ba b-+<<-,即几何平均数<对数平均数<算术平均数,简记为()()(),,,G a b L a b A a b<<.先给出对数平均不等式的多种证法.证法1(对称化构造)设0ln lna bRa b-=>-,则ln lnk a k b a b-=-,ln lnk a a k b b-=-,构造函数()lnf x k x x=-,则()()f a f b=.由()1kf xx'=-得()0f k'=,且()f x在()0,k 上,在(),k+∞上,x k=为()f x的极大值点.对数平2a bk+<<,等价于22a b kab k+>⎧⎨<⎩,这是两个常规的极值点偏移问题,留给读者尝试.证法2(比值代换)令1atb=>,则()()11ln ln2ln2b t b ta b a ba b t-+-+<<⇔<-()2111lnln21tt ttt t--+⇔<<⇔<<+,构造函数可证.证法3(主元法)不妨设a b>,ln ln ln ln0ln lna ba b a ba b-<⇔-<⇔-<-.记()ln lnf a a b=-,(),a b∈+∞,则()21f aa'==<,得()f a 在(),b+∞上,有()()0f a f b<=,左边得证,右边同理可证.证法4(积分形式的柯西不等式)不妨设a b>,则由()()()()2ln ln ln22ln ln lne e1a a ax xb b bdx dx dx<⎰⎰⎰得()()()2221ln ln2b a a b a b-<--,ln ln2a b a ba b-+<-;由()222111a a ab b bdx dx dxx x⎛⎫⎛⎫<⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰⎰得()()211ln lna b a bb a⎛⎫-<--⎪⎝⎭,ln lna ba b-<-.证法5(几何图示法)过()1f xx=上点2,2a ba b+⎛⎫⎪+⎝⎭作切线,由曲边梯形面积,大于直角梯形面积,可得()11ln ln2aba b dx a ba b x-⋅<=-+⎰,即ln ln2a b a ba b-+<-;如上右图,由直角梯形面积大于曲边梯形面积,可得1dxx=<⎪⎪⎝⎭ln lna ba b-<-.由对数平均不等式的证法1、2即可看出,它与极值点偏移问题间千丝万缕的联系,下面就用对数平均不等式再解前面举过的例题.再解例1:()()12f x f x=即1212e ex xx x--=,1122ln lnx x x x-=-,则12121ln lnx xx x-=-(正数1x ,2x 的对数平均数为1)1212x x +<<,得121x x <,且122x x +>.再解例2:()()()22e 10x f x x a x =-+-=即()()22e 10x x a x -=->;由()()120f x f x ==得()()()()122112222e 12e 1x x x a x x a x ⎧-=-⎪⎨-=-⎪⎩,两式相减得 ()()()()121212122e 2e 2x xx x a x x x x ---=-+-,下面用反证法证明122x x +<.若122x x +≥,则()()12122e 2e 0x x x x ---≤,()()12122e 2e x xx x -≤-,取对数得()()1122ln 2ln 2x x x x -+≤-+,则()()21121ln 2ln 2x x x x -≥---.而由对数平均不等式得()()()()()()()()121221121212222221ln 2ln 2ln 2ln 222x x x x x x x x x x x x ----+--+=<=-≤------,矛盾.再解例3:由1122ln ln x x x x m ==得11ln m x x =,22ln mx x = 1212121212ln ln ln ln ln ln ln ln m mx x x x mx x x x x x --==---; ()12121212ln ln ln ln ln ln m x x m mx x x x x x ++=+=. 由对数平均不等式得()()12121212ln ln 0,ln 0,ln 0ln ln 2ln ln m x x mm x x x x x x +-<<<<+,()12122ln ln ln x x x x ->+=,得1221e x x <. 再解练习1:由1122ln ln x ax x ax -=-得1212110ln ln e x x a x x a -⎛⎫=<< ⎪-⎝⎭,则1212x xa +<,得1222ex x a +>>; ()2121212122e ln ln 22x x x x a x x x x a>⇔+>⇔+>⇔+>,已证. 再解例4:同例1,不再详述. 再解例5:同例1得到121x x <,则12112x x +>>. 再解例7(2):易得()1ln 1ln ln ln 0,1a b a b a b a b ++-==∈-,则1ln ln a b a b->-,则12a b+>,2a b +>. 再解例8:11222ln 2ln x ax x ax -=-,()()12122ln ln x x a x x -=-,得12122ln ln x x x x a -=-,则1222x x a +>,124x x a +>,()121224262x x x x x a a a+=++>+=.再解练习2:原题结论抄写有误,应更正为0f '<.()0f x =即()()2e 1e x a x a =->,()ln ln 1x a x =+-,则 ()()1122ln ln 1 ln ln 1 x a x x a x =+-⎧⎨=+-⎩①② ①-②得()()()()12121211ln 1ln 1x x x x x x -=---=---,则()()()()1212111ln 1ln 1x x x x ---=---(正数11x -,21x -的对数平均数为1).()()121112x x -+-<<,得()()12111x x --<,且124x x +>.①+②得()()12122ln ln 112ln x x a x x a +=+--<12ln 2x x a +<<,由此可得0f '<.解练习3:选项D :()()12f x f x =即121222ln ln x x x x +=+,则()12122112222ln ln x x x x x x x x --=-=,121212ln ln 2x x x x x x -=-,所以121212442x x x x x x <⇒>⇒+>>. 顺带地,也有()()1212111212121111122x x x x x x x x x x x x +<⇒<+⇔--<⇔+>. 极值点偏移问题,多与指数函数或对数函数有关,解题的关键有以下几步: (1)根据()()120f x f x ==建立等量关系;(2)等量关系中如果含有参数,可考虑消参;如果含有指数式,可考虑两边取对数; (3)通过恒等变形转化出对数平均数(的值或仍用1x ,2x 表示),代入对数平均不等式求解.细心的读者不难发现,用对数平均不等式来解极值点偏移问题的方法也有局限性,也不是万能的(再解过程中漏掉了例6),其中能否简洁地表示出对数平均数是关键中的关键,最后再举一例. 例10设函数()()2ln 2f x x ax a x =-+-的两个零点是1x ,2x ,求证:1202x x f +⎛⎫'< ⎪⎝⎭. 证法1:首先易知0a >,且()f x 在10,a ⎛⎫ ⎪⎝⎭上,在1a ⎛⎫∞⎪⎝⎭上,不妨设1210x x a <<<,121212201022x x x x f a x x a ++⎛⎫'<⇔⋅->⇔+> ⎪⎝⎭,构造函数()()2F x f x f x a ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭可证.证法2:由题意得()()21112222ln 20ln 20x ax a x x ax a x ⎧-+-=⎨-+-=⎩,两式相减得 ()()()()12121212ln ln 20x x a x x x x a x x --+-+--=, ()()()121212ln ln 2x x x x a x x a -=-++-,()12121210ln ln 2x x x x a x x a -=>-++-,所以()()()()212121212122012x x a x x a x x a x x a +<⇒++-+->++-()()()12121212221002x x a x x x x x x f a +⎛⎫'⇒+-++>⇒+>⇒< ⎪⎝⎭. 这或许是史上最全的极值点偏移系列文章1、极值点偏移问题专题一——偏移新花样—拐点偏移PK 极值点偏移常规套路2、极值点偏移问题专题二——如何选择合理的函数3、极值点偏移问题专题三——变更结论处理偏移4、极值点偏移问题专题四——比值代换齐次消元5、极值点偏移问题专题五——对数平均显神威6、极值点偏移问题专题六——本质回归泰勒展开7、极值点偏移问题专题七——历年精选一题多解23例其他相关文章8、利用对数平均不等式处理极值点偏移压轴难题 9、一题学懂极值点偏移五大处理套路来源: 数学教师教研QQ 群54543319。