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2024年高考数学第一轮复习讲义第三章培优课3.4 函数中的构造问题(学生版+解析)
展开这是一份2024年高考数学第一轮复习讲义第三章培优课3.4 函数中的构造问题(学生版+解析),共15页。试卷主要包含了4 函数中的构造问题等内容,欢迎下载使用。
函数中的构造问题是高考考查的一个热点内容,经常以客观题出现,同构法构造函数也在解答题中出现,通过已知等式或不等式的结构特征,构造新函数,解决比较大小、解不等式、恒成立等问题.
题型一 导数型构造函数
命题点1 利用f(x)与x构造
例1 (2023·苏州质检)已知函数f(x)在R上满足f(x)=f(-x),且当x∈(-∞,0]时,f(x)+xf′(x)<0成立,若a=20.6·f(20.6),b=ln 2·f(ln 2),c=lg2eq \f(1,8)·f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lg2\f(1,8))),则a,b,c的大小关系是( )
A.a>b>c B.c>b>a
C.a>c>b D.c>a>b
听课记录:___________________________________________________________________
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思维升华 (1)出现nf(x)+xf′(x)形式,构造函数F(x)=xnf(x);
(2)出现xf′(x)-nf(x)形式,构造函数F(x)=eq \f(fx,xn).
跟踪训练1 (2023·重庆模拟)已知定义域为{x|x≠0}的偶函数f(x),其导函数为f′(x),对任意正实数x满足xf′(x)>2f(x)且f(1)=0,则不等式f(x)<0的解集是( )
A.(-∞,1) B.(-1,1)
C.(-∞,0)∪(0,1) D.(-1,0)∪(0,1)
命题点2 利用f(x)与ex构造
例2 (2022·蚌埠质检)已知可导函数f(x)的导函数为f′(x),若对任意的x∈R,都有f′(x)-f(x)<1,且f(0)=2 022,则不等式f(x)+1>2 023ex的解集为( )
A.(-∞,0) B.(0,+∞)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1,e))) D.(-∞,1)
听课记录:___________________________________________________________________
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思维升华 (1)出现f′(x)+nf(x)形式,构造函数F(x)=enxf(x);
(2)出现f′(x)-nf(x)形式,构造函数F(x)=eq \f(fx,enx).
跟踪训练2 (2023·南昌模拟)已知定义在R上的函数f(x)满足f(x)+f′(x)>0,且有f(3)=3,则f(x)>3e3-x的解集为________.
命题点3 利用f(x)与sin x,cs x构造
例3 已知偶函数f(x)的定义域为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2))),其导函数为f′(x),当0
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),-\f(π,3))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))
听课记录:___________________________________________________________________
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思维升华 函数f(x)与sin x,cs x相结合构造可导函数的几种常见形式
F(x)=f(x)sin x,
F′(x)=f′(x)sin x+f(x)cs x;
F(x)=eq \f(fx,sin x),
F′(x)=eq \f(f′xsin x-fxcs x,sin2x);
F(x)=f(x)cs x,
F′(x)=f′(x)cs x-f(x)sin x;
F(x)=eq \f(fx,cs x),
F′(x)=eq \f(f′xcs x+fxsin x,cs2x).
跟踪训练3 奇函数f(x)的定义域为(-π,0)∪(0,π),其导函数是f′(x).当0
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-π,-\f(π,4)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),π))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),0))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),0))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),π))
题型二 同构法构造函数
例4 (1)(2020·全国Ⅰ)若2a+lg2a=4b+2lg4b,则( )
A.a>2b B.a<2b
C.a>b2 D.a
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(2)(2023·武汉模拟)已知a>0,若在(1,+∞)上存在x使得不等式ex-x≤xa-aln x成立,则a的最小值为________.
听课记录:___________________________________________________________________
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思维升华 指对同构,经常使用的变换形式有两种,一种是将x变成ln ex然后构造函数;另一种是将x变成eln x然后构造函数.
跟踪训练4 (1)(2023·南京模拟)设a,b都为正数,e为自然对数的底数,若aea
A.(0,1) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1))
C.(1,e) D.(1,+∞)
§3.4 函数中的构造问题
函数中的构造问题是高考考查的一个热点内容,经常以客观题出现,同构法构造函数也在解答题中出现,通过已知等式或不等式的结构特征,构造新函数,解决比较大小、解不等式、恒成立等问题.
题型一 导数型构造函数
命题点1 利用f(x)与x构造
例1 (2023·苏州质检)已知函数f(x)在R上满足f(x)=f(-x),且当x∈(-∞,0]时,f(x)+xf′(x)<0成立,若a=20.6·f(20.6),b=ln 2·f(ln 2),c=lg2eq \f(1,8)·f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lg2\f(1,8))),则a,b,c的大小关系是( )
A.a>b>c B.c>b>a
C.a>c>b D.c>a>b
答案 B
解析 因为函数f(x)在R上满足f(x)=f(-x),所以函数f(x)是偶函数,
令g(x)=xf(x),则g(x)是奇函数,g′(x)=f(x)+x·f′(x),
由题意知,当x∈(-∞,0]时,f(x)+xf′(x)<0成立,所以g(x)在(-∞,0]上单调递减,
又g(x)是奇函数,所以g(x)在R上单调递减,
因为20.6>1,0
所以c>b>a.
思维升华 (1)出现nf(x)+xf′(x)形式,构造函数F(x)=xnf(x);
(2)出现xf′(x)-nf(x)形式,构造函数F(x)=eq \f(fx,xn).
跟踪训练1 (2023·重庆模拟)已知定义域为{x|x≠0}的偶函数f(x),其导函数为f′(x),对任意正实数x满足xf′(x)>2f(x)且f(1)=0,则不等式f(x)<0的解集是( )
A.(-∞,1) B.(-1,1)
C.(-∞,0)∪(0,1) D.(-1,0)∪(0,1)
答案 D
解析 令g(x)=eq \f(fx,x2)且x≠0,
则g′(x)=eq \f(xf′x-2fx,x3),
又对任意正实数x满足xf′(x)>2f(x),
即当x>0时,g′(x)>0,
所以g(x)在(0,+∞)上单调递增,
由f(x)为偶函数,则g(-x)=eq \f(f-x,-x2)=eq \f(fx,x2)=g(x),所以g(x)也为偶函数,故g(x)在(-∞,0)上单调递减,
则g(-1)=g(1)=eq \f(f1,1)=0,且f(x)<0等价于g(x)=eq \f(fx,x2)
命题点2 利用f(x)与ex构造
例2 (2022·蚌埠质检)已知可导函数f(x)的导函数为f′(x),若对任意的x∈R,都有f′(x)-f(x)<1,且f(0)=2 022,则不等式f(x)+1>2 023ex的解集为( )
A.(-∞,0) B.(0,+∞)
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-∞,\f(1,e))) D.(-∞,1)
答案 A
解析 构造函数F(x)=eq \f(fx+1,ex),
则F′(x)=eq \f(f′x·ex-[fx+1]·ex,e2x)=eq \f(f′x-fx-1,ex),因为f′(x)-f(x)<1,所以F′(x)<0恒成立,故F(x)=eq \f(fx+1,ex)在R上单调递减,f(x)+1>2 023ex可变形为eq \f(fx+1,ex)>2 023,又f(0)=2 022,所以F(0)=eq \f(f0+1,e0)=2 023,
所以F(x)>F(0),解得x<0.
思维升华 (1)出现f′(x)+nf(x)形式,构造函数F(x)=enxf(x);
(2)出现f′(x)-nf(x)形式,构造函数F(x)=eq \f(fx,enx).
跟踪训练2 (2023·南昌模拟)已知定义在R上的函数f(x)满足f(x)+f′(x)>0,且有f(3)=3,则f(x)>3e3-x的解集为________.
答案 (3,+∞)
解析 设F(x)=f(x)·ex,则F′(x)=f′(x)·ex+f(x)·ex=ex[f(x)+f′(x)]>0,
∴F(x)在R上单调递增.
又f(3)=3,则F(3)=f(3)·e3=3e3.
∵f(x)>3e3-x等价于f(x)·ex>3e3,即F(x)>F(3),
∴x>3,即所求不等式的解集为(3,+∞).
命题点3 利用f(x)与sin x,cs x构造
例3 已知偶函数f(x)的定义域为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2))),其导函数为f′(x),当0
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),-\f(π,3))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3),\f(π,2)))
答案 A
解析 因为偶函数f(x)的定义域为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),\f(π,2))),
所以设g(x)=eq \f(fx,cs x),
则g(-x)=eq \f(f-x,cs-x)=eq \f(fx,cs x),
即g(x)也是偶函数.
当0
则g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2)))上单调递减,且为偶函数,
则g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,2),0))上单调递增.
所以f(x)<2f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,3)))cs x
⇔eq \f(fx,cs x)
思维升华 函数f(x)与sin x,cs x相结合构造可导函数的几种常见形式
F(x)=f(x)sin x,
F′(x)=f′(x)sin x+f(x)cs x;
F(x)=eq \f(fx,sin x),
F′(x)=eq \f(f′xsin x-fxcs x,sin2x);
F(x)=f(x)cs x,
F′(x)=f′(x)cs x-f(x)sin x;
F(x)=eq \f(fx,cs x),
F′(x)=eq \f(f′xcs x+fxsin x,cs2x).
跟踪训练3 奇函数f(x)的定义域为(-π,0)∪(0,π),其导函数是f′(x).当0
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-π,-\f(π,4)))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),π))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),0))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(π,4)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,4),0))∪eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4),π))
答案 D
解析 令F(x)=eq \f(fx,sin x),因为当0
所以当0
因为函数f(x)为奇函数,故eq \f(f-x,sin-x)>eq \f(f \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4))),sin \f(π,4)),
也即F(-x)>Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,4))),
所以-x
所以-eq \f(π,4)
题型二 同构法构造函数
例4 (1)(2020·全国Ⅰ)若2a+lg2a=4b+2lg4b,则( )
A.a>2b B.a<2b
C.a>b2 D.a
解析 由指数和对数的运算性质可得
2a+lg2a=4b+2lg4b=22b+lg2b.
令f(x)=2x+lg2x,
则f(x)在(0,+∞)上单调递增,
又∵22b+lg2b<22b+lg2b+1=22b+lg22b,
∴2a+lg2a<22b+lg22b,
即f(a)
答案 e
解析 ∵xa==ealn x,∴不等式即为ex-x≤ealn x-aln x,
∵a>0且x>1,∴aln x>0,设y=ex-x,则y′=ex-1>0,故y=ex-x在(1,+∞)上单调递增,∴x≤aln x,即a≥eq \f(x,ln x),
即存在x∈(1,+∞),使a≥eq \f(x,ln x),∴a≥eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x,ln x)))min,
设f(x)=eq \f(x,ln x)(x>1),则f′(x)=eq \f(ln x-1,ln2x),当x∈(1,e)时,f′(x)<0;
当x∈(e,+∞)时,f′(x)>0,
∴f(x)在(1,e)上单调递减,在(e,+∞)上单调递增,
∴f(x)min=f(e)=e,∴a≥e.
故a的最小值为e.
思维升华 指对同构,经常使用的变换形式有两种,一种是将x变成ln ex然后构造函数;另一种是将x变成eln x然后构造函数.
跟踪训练4 (1)(2023·南京模拟)设a,b都为正数,e为自然对数的底数,若aea
C.ab
解析 由已知aea
则f(ea)
当x>1时,f′(x)=ln x+1>0,
则f(x)在(1,+∞)上单调递增,
所以ea
A.(0,1) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1))
C.(1,e) D.(1,+∞)
答案 B
解析 函数f(x)=eq \f(ex2,1+ln x),
则f(x)>ex,即eq \f(ex2,1+ln x)>ex,
所以eq \f(e1+ln x,1+ln x)>eq \f(ex,x),
因为x>0,则不等式f(x)>ex成立必有1+ln x>0,即x>eq \f(1,e),
令g(x)=eq \f(ex,x),x>eq \f(1,e),
则g′(x)=eq \f(exx-1,x2),
当eq \f(1,e)
因此函数g(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1))上单调递减,在(1,+∞)上单调递增,
又f(x)>ex,即g(1+ln x)>g(x),
当x>1时,ln x+1>1,于是得1+ln x>x,
即1+ln x-x>0,令h(x)=1+ln x-x,
当x>1时,h′(x)=eq \f(1,x)-1<0,
函数h(x)在(1,+∞)上单调递减,则∀x>1,h(x)
当eq \f(1,e)
函数h(x)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1))上单调递增,
则∀x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,e),1)),h(x)
课时精练
1.(2023·株州模拟)已知a=eq \f(1,e2),b=eq \f(ln 2,4),c=eq \f(ln 3,9),则( )
A.aC.b答案 B
解析 设f(x)=eq \f(ln x,x2),则a=f(e),b=f(2),c=f(3),又f′(x)=eq \f(1-2ln x,x3),于是当x∈(eq \r(e),+∞)时,f′(x)<0,故f(x)=eq \f(ln x,x2)在(eq \r(e),+∞)上单调递减,注意到eq \r(e)
A.(0,2ln 2) B.(0,ln 2)
C.(ln 2,1) D.(ln 2,+∞)
答案 D
解析 令g(x)=f(x)+ln x(x>0),
则g′(x)=f′(x)+eq \f(1,x)=eq \f(xf′x+1,x),
由已知得g′(x)>0在(0,+∞)上恒成立,
故g(x)在(0,+∞)上单调递增,
而g(2)=f(2)+ln 2=0,
由f(ex)+x>0,得g(ex)>g(2),
∴ex>2,即x>ln 2.
∴不等式f(ex)+x>0的解集为(ln 2,+∞).
3.(2023·济南模拟)已知f(x)是定义在R上的偶函数,f′(x)是f(x)的导函数,当x≥0时,f′(x)-2x>0,且f(1)=3,则f(x)>x2+2的解集是( )
A.(-1,0)∪(1,+∞)
B.(-∞,-1)∪(1,+∞)
C.(-1,0)∪(0,1)
D.(-∞,-1)∪(0,1)
答案 B
解析 令g(x)=f(x)-x2,
因为f(x)是偶函数,
则g(-x)=f(-x)-(-x)2=g(x),
所以函数g(x)也是偶函数,
g′(x)=f′(x)-2x,
因为当x≥0时,f′(x)-2x>0,
所以当x≥0时,g′(x)=f′(x)-2x>0,
所以函数g(x)在(0,+∞)上单调递增,
不等式f(x)>x2+2即为不等式g(x)>2,
由f(1)=3,得g(1)=2,
所以g(x)>g(1),
所以|x|>1,解得x>1或x<-1,
所以f(x)>x2+2的解集是(-∞,-1)∪(1,+∞).
4.(2023·常州模拟)已知函数y=f(x-1)的图象关于点(1,0)对称,且当x>0时,f′(x)sin x+f(x)cs x>0,则下列说法正确的是( )
A.f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5π,6)))<-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(7π,6)))<-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6)))
B.-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(7π,6)))
解析 由f(x-1)的图象关于点(1,0)对称可知,f(x)的图象关于点(0,0)对称,则f(x)为奇函数,
令g(x)=f(x)sin x,则g(x)为偶函数,
又x>0时,f′(x)sin x+f(x)cs x>0,即[f(x)sin x]′>0,
则g(x)在(0,+∞)上单调递增,
则有geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(π,6)))=geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,6)))
A.(-∞,0) B.(-∞,ln 2 024)
C.(0,+∞) D.(2 024,+∞)
答案 C
解析 设g(x)=eq \f(fx,ex),
则g′(x)=eq \f(f′x-fx,ex),
因为f(x)>f′(x),
所以g′(x)<0,g(x)为定义在R上的减函数,
因为f(x)+2 024为奇函数,
所以f(0)+2 024=0,f(0)=-2 024,g(0)=eq \f(f0,e0)=-2 024,
所以f(x)+2 024ex<0,即eq \f(fx,ex)<-2 024,
即g(x)
6.若ln m-m+2m2=ln n-n+2e2n2+1,则( )
A.eq \f(m,n)>e B.eq \f(m,n)
解析 由题意可知,m>0,n>0,则ln m-m+2m2=ln n-n+2e2n2+1>ln(en)-en+2e2n2,
构造函数f(x)=2x2-x+ln x,其中x>0,则f′(x)=4x+eq \f(1,x)-1≥2eq \r(4x·\f(1,x))-1=3>0,
当且仅当x=eq \f(1,2)时,等号成立,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,
由ln m-m+2m2>ln(en)-en+2e2n2可得f(m)>f(en),所以m>en>0,则eq \f(m,n)>e,
故A对,B错,无法判断C,D选项的正误.
7.已知定义在R上的函数f(x)的导函数为f′(x),且f(x)
B.ef(2)>f(1),f(2)
D.ef(2)
解析 由题意可知,函数f(x)在R上单调递减,f(x)+f′(x)<0,f′(x)-f(x)>0.
构造函数h(x)=exf(x),定义域为R,则h′(x)=exf(x)+f′(x)ex=ex[f(x)+f′(x)]<0,所以h(x)在R上单调递减,所以h(2)
则g′(x)=eq \f(f′x·ex-ex·fx,ex2)=eq \f(f′x-fx,ex)>0,所以g(x)在R上单调递增,所以g(2)>g(1),所以eq \f(f2,e2)>eq \f(f1,e),即f(2)>ef(1),故D错误.
8.(2022·龙岩质检)已知m>0,n∈R,若lg2m+2m=6,2n+1+n=6,则eq \f(m,2n)等于( )
A.eq \f(1,2) B.1 C. eq \r(2) D.2
答案 B
解析 由题意得lg2m+2m=2n+1+n,
lg2m+2m=2×2n+n=lg22n+2×2n,
令g(x)=lg2x+2x(x>0),则g′(x)=eq \f(1,xln 2)+2>0,
所以g(x)在(0,+∞)上单调递增,
因为g(m)=g(2n),
所以m=2n,所以eq \f(m,2n)=1.
9.已知f′(x)为f(x)的导函数,且满足f(0)=1,对任意的x总有2f′(x)-f(x)>2,则不等式f(x)+2≥的解集为________.
答案 [0,+∞)
解析 设函数g(x)=,
则g′(x)=
∵2f′(x)-f(x)>2,∴g′(x)>0,
∴g(x)在R上单调递增,
又g(0)=f(0)+2=3,
故不等式f(x)+2≥,即≥3,所以g(x)≥g(0),由g(x)的单调性可得该不等式的解集为[0,+∞).
10.(2022·渭南模拟)设实数λ>0,对任意的x>1,不等式λeλx≥ln x恒成立,则λ的取值范围为________.
答案 λ≥eq \f(1,e)
解析 由题意,得eλx·λx≥xln x=eln x·ln x,
令f(t)=t·et,t∈(0,+∞),
则f′(t)=(t+1)·et>0,
所以f(t)在(0,+∞)上单调递增,
又f(λx)≥f(ln x),
即当x∈(1,+∞)时,λx≥ln x,
即λ≥eq \f(ln x,x)恒成立,
令g(x)=eq \f(ln x,x),x∈(1,+∞),
则g′(x)=eq \f(1-ln x,x2),
所以在(1,e)上,g′(x)>0,则g(x)单调递增;
在(e,+∞)上,g′(x)<0,则g(x)单调递减;
所以g(x)≤g(e)=eq \f(1,e),故λ≥eq \f(1,e).
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