导数的应用利用导数证明不等式

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导 数 的 应 用

--------利用导数证明不等式

教学目标:1、进一步熟练并加深导数在函数中的应用并学会利用导数证明不等式

2、培养学生的分析问题、解决问题及知识的综合运用能力; 教学重点:利用导数证明不等式

教学难点:利用导数证明不等式

教学过程:

一、复习回顾

1、利用导数判断函数的单调性;

2、利用导数求函数的极值、最值;

二、新课引入

引言:导数是研究函数性质的一种重要工具.例如:求函数的单调区间、求函数的最大(小)值、求函数的值域等等.然而,不等式是历年高考重点考查的内容之一.尤其是在解答题中对其的考查,更是学生感到比较棘手的一个题.因而在解决一些不等式问题时,如能根据不等式的特点,恰当地构造函数,运用导数证明或判断该函数的单调性, 出该函数的最值;由当该函数取最大(或最小)值时不等式都成立,可得该不等式恒成立,从而把证明不等式问题转化为函数求最值问题.然后用函数单调性去解决不等式的一些相关问题,可使问题迎刃而解. 因此,很多时侯可以利用导数作为工具得出函数性质,从而解决不等式问题. 下面具体讨论导数在解决与不等式有关的问题时的作用.

三、新知探究

1、利用导数得出函数单调性来证明不等式

例1:当x>0时,求证:x 2x 2

-<ln(1+x) . 证明:设f(x)= x 2x 2--ln(1+x) (x>0), 则f '(x)=2x 1x

-+. ∵x>0,∴f '(x)<0,故f(x)在(0,+∞)上递减,

所以x>0时,f(x)

--ln(1+x)<0成立. 小结:把不等式变形后构造函数,然后用导数证明该函数的单调性,达到证明不等式的目的.

随堂练习:课本P32:B 组第一题第3小题

2、利用导数解决不等式恒成立问题(掌握恒成立与最值的转化技巧;构造函数证明不等式)

例2.已知函数21()2

x f x ae x =- (1)若f(x)在R 上为增函数,求a 的取值范围;

(2)若a=1,求证:x >0时,f(x)>1+x

解:(1)f ′(x)= ae x -x,

∵f(x)在R上为增函数,∴f ′(x)≥0对x∈R恒成立,

即a≥xe-x对x∈R恒成立

记g(x)=xe-x,则g′(x)=e-x-xe-x=(1-x)e -x ,

当x>1时,g′(x)<0,当x<1时,g′(x)>0.

知g(x)在(-∞,1)上为增函数,在(1,+ ∞)上为减函数,

∴g(x)在x=1时,取得最大值,即g(x)max=g(1)=1/e, ∴a ≥1/e,

即a 的取值范围是[1/e, + ∞)

(2)记F(X)=f(x) -(1+x) =)0(12

12>---x x x e x 则F ′(x)=e x -1-x,

令h(x)= F ′(x)=e x -1-x,则h ′(x)=e x -1

当x>0时, h ′(x)>0, ∴h(x)在(0,+ ∞)上为增函数,

又h(x)在x=0处连续, ∴h(x)>h(0)=0

即F ′(x)>0 ,∴F(x) 在(0,+ ∞)上为增函数,又F(x)在x=0处连续, ∴F(x)>F(0)=0,即f(x)>1+x .

小结:当函数取最大(或最小)值时不等式都成立,可得该不等式恒成立,从而把不等式的恒成立问题可转化为求函数最值问题.不等式恒成立问题,一般都会涉及到求参数范围,往往把变量分离后可以转化为)(x f m >(或)(x f m <)恒成立,于是m 大于)(x f 的最大值(或m 小于)(x f 的最小值),从而把不等式恒成立问题转化为求函数的最值问题.因此,利用导数求函数最值是解决不等式恒成立问题的一种重要方法.

例3.(2004年全国)已知函数x x x g x x x f ln )(,)1ln()(=-+=

(1)求函数)(x f 的最大值;

(2)设b a <<0,证明 :2ln )()2

(

2)()(0a b b a g b g a g -<+-+<. 分析:对于(II )绝大部分的学生都会望而生畏.学生的盲点也主要就在对所给函数用不上.如果能挖掘一下所给函数与所证不等式间的联系,想一想大小关系又与函数的单调性密切相关,由此就可过渡到根据所要证的不等式构造恰当的函数,利用导数研究函数的单调性,借助单调性比较函数值的大小,以期达到证明不等式的目的.证明如下: 证明:对x x x g ln )(=求导,则1ln )('+=x x g . 在)2

(2)()(b a g b g a g +-+中以b 为主变元构造函数, 设)2(2)()()(x a g x g a g x F +-+=,则2

ln ln )]2([2)()('''x a x x a g x g x F +-=+-=. 当a x <<0时,0)('

当a x >时,0)('>x F ,因此)(x F 在),(+∞a 上为增函数.

从而当a x =时, )(x F 有极小值)(a F .

因为,,0)(a b a F >=所以0)(>b F ,即.0)2(

2)()(>+-+b a g b g a g 又设2ln )()()(a x x F x G --=.则)ln(ln 2ln 2ln ln )('x a x x a x x G +-=-+-=.

当0>x 时,0)('

因为,,0)(a b a G >=所以0)(

(2)()(a b b a g b g a g -<+-+. 综上结论得证。

对于看起来无法下手的一个不等式证明,对其巧妙地构造函数后,运用导数研究了它的单调性后,通过利用函数的单调性比较函数值的大小,使得问题得以简单解决.

四、课堂小结

1、利用导数证明不等式或解决不等式恒成立问题,关键是把不等式变形后构造恰当的函数,然后用导数判断该函数的单调性或求出最值,达到证明不等式的目的;

2、利用导数解决不等式恒成立问题,应特别注意区间端点是否取得到;

3、学会观察不等式与函数的内在联系,学会变主元构造函数再利用导数证明不等式;

总之,无论是证明不等式,还是解不等式,我们都可以构造恰当的函数,利用到函数的单调性或最值,借助导数工具来解决,这种解题方法也是转化与化归思想在中学数学中的重要体现.

五、思维拓展

(2008联考)已知函数)0(1)(>--=x x e x f x ,)0(2)(2

>⋅=x e ax x g x ; (1) 求证:当1≥a 时对于任意正实数x , )(x f 的图象总不会在)(x g 图象的上方;

(2) 对于在(0,1)上任意的a 值,问是否存在正实数x 使得)()(x g x f >成立?

如果存在,求出符合条件的x 的一个取值;否则说明理由。

(3)