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【高中数学】从出题者角度看问题:导数解几压轴题的背景(上)

2023-04-05 10:44 作者:Lemma_  | 我要投稿

高考数学逐年创新,特别是在导数和解析几何上,每年几乎都有新题型出现。

我总结发现,这些模型大都是多年前竞赛考过的,像彭赛列闭合定理,坎迪定理,仿射变换,包括极点极线。所以我在自己竞赛学习的经验中,总结了一些可能出现在高考中的背景。

我写本文的目的在于:让大家提前了解一些简单的背景,适应从未见过的模型。

首先声明,我不会把背景对应的定理本身阐述出来,而是以题目的方式出现


本期我们先发导数部分,下期我们补上解析几何的内容


Warning:这些背景大家下来可以自行深入研究,但是不要运用在考试中,我们高考场上的过程一定是不超纲的。

第一题

f(x)%3D(1%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D)%5Ex%20g(x)%3D(1%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D)%5E%7B1%2Bx%7D%20,x>0

(1)求f(x)与g(x)的增减性

(2)已知:有唯一常数e使得f(x)%3Ce%3Cg(x)恒成立,求证:%5Cfrac%7B2024%5E%7B2023%7D%7D%7Be%5E%7B2023%7D%7D%20%3C2023!%3C%5Cfrac%7B2024%5E%7B2024%7D%7D%7Be%5E%7B2023%7D%7D%20


本题蕴含了两个背景:e的极限定义和斯特林公式;第一问的解决方法来自一般的微积分教材:对数求导法;第二问则是常规的数列不等式

下面给大家看看两个函数的图像

中间为直线y=e


解答:

第二题

f(x)%3D(%5Cfrac%7Be%5Ex%2B1%7D%7B2%7D)%5E%7B%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20%7D%2Cx%3E0%20

(1)证明:%5Csqrt%7Be%7D%3Cf(x)%3Ce%20

(2)求函数f(x)单调区间

(3)判断(%5Cfrac%7Be%2B1%7D%7B2%7D)%20%5E%7B%5Csqrt%7B2%7Dln2%20%7D%E4%B8%8E%5Cfrac%7B2%5E%7B%5Csqrt%7B2%7D%20%7D%2B1%7D%7B2%7D%20大小并说明理由


本题的背景比较经典,是均值不等式的推广幂平均值不等式,强基计划和竞赛生务必去了解详细。第一问简单的放缩,第二问的处理和第一题一样取对数,第三问则是比较困难的同构。


给大家看看函数的图像

紫色为y=e,灰色为y=e^(1/2)

解答:

第三题

f(x)%3D(1%2Bx)%5Er%2Cr%3E1g(x)%3Dln(e%5Ex%2B1)

(1)当x%5Cgeq%20-1时,若f(x)%5Cgeq%20a%2Brx恒成立,求实数a的取值范围

(2)求证g%5E2(x)%5Cgeq%20ln(4x)


本题的背景是伯努利不等式,虽然课本上有但是从未考过。这个不等式在强基竞赛也很重要,有时候做高考的比大小也可以用到。第一问是常规的导数不等式证明,第二问则要求考生强大的迁移和放缩能力。


我通过函数图像看放缩精度还是比较高的


解答:

第四题

定义域和值域都是非负实数集的函数f(x)满足f(x)f'(x)%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20恒成立

(1)若f(x)%5Cgeq%20alnx%2B1恒成立,求实数a的值

(2)求证:%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B2%7D%7B1%7D%20%7D%2B...%2B%5Csqrt%7B%5Cfrac%7Bn%2B1%7D%7Bn%7D%20%7D-n%5Cgeq%20%5Cfrac%7B%20ln(n%2B1)%7D%7B2%7D%20对所有正整数n成立


本题的背景与微分方程有关,在之前的高考题中也出现不少了,难度很大、维度很多。第一问是常规的导数不等式,第二问是常规的数列不等式。下面我放几道这种“微分方程”练练手。

练习1、f(x)%3Df'(x)对实数x成立,求证:f(x)%3Dke%5Ex(k%5Cin%20R)

练习2、e%5E%7Bf(x)%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bf'(x)%7D%20对定义域内的数恒成立,求证:f(x)%3Dln(x%2Bk)(k%5Cin%20R)


解答:

本次的分享到此结束,下次分享我们争取在五月份之前。

具体内容有:帕斯卡定理,坎迪定理及方法,直线系覆盖,彭赛列闭合定理方法,仿射变换,梅涅劳斯定理

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