一類數(shù)列型不等式問題的證法探究

甘肅省慶陽市鎮(zhèn)原縣屯字中學 (744502) 郭宏剛

以基礎(chǔ)函數(shù)“l(fā)nx”作為題設(shè)背景的數(shù)列型不等式證明一類問題,是出現(xiàn)在近年高考或各地模擬考試中的熱點題型,這類問題常與導數(shù)應用緊密聯(lián)系,把與lnn(n∈N*)相關(guān)聯(lián)的數(shù)列型不等式的證明設(shè)置在試題的最后一問,證題時利用前面小問中的導數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性結(jié)論來證明.下面以一道高三階段性測試題來探究一類數(shù)列型不等式的證明方法.

1 試題呈現(xiàn)

該題以基本函數(shù)“l(fā)nx”為題設(shè)背景,其中第(2)小題是證明數(shù)列型不等式問題,這一小題解答的基本路徑是:逆向分析,尋找與所證不等式等價的不等式,通過構(gòu)造函數(shù),運用導數(shù)知識推得基礎(chǔ)函數(shù)的不等式,進而將結(jié)論予以賦值轉(zhuǎn)化為數(shù)列的不等關(guān)系,最后利用數(shù)列比如裂項、累加等方法,或運用“放縮法”證得數(shù)列不等式.

2 試題解答

①當a≤0時,易知當時當x>0時,f′(x)<0,此時f在(0,+∞)上單調(diào)遞減.

當x變化時,f′(x),f(x)變化情況列表如下:

x(0,x1)x1(x1,x2)x2(x2,+∞)f'(x)-0+0-f(x)極大值極小值

綜上所述,當a≤2時,f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞減;當a>2時,f(x)在(0,x1),(x2,+∞)上單調(diào)遞減,在(x1,x2)上單調(diào)遞增.

下面重點探究第(2)問中數(shù)列型不等式的證明.

點評：證法1首先將所證的數(shù)列不等式進行逆向分析,結(jié)合其結(jié)構(gòu)形式的特點,利用由(1)函數(shù)單調(diào)性所證得的不等式證明.

點評：證法2在由(1)函數(shù)單調(diào)性所證得的不等式的基礎(chǔ)上,通過賦值、累加證得所證不等式.

為了介紹證法3,這里給出對數(shù)均值不等式.

對數(shù)均值不等式證明詳見文[1].

3 變式探究

若稍加改變一下題設(shè)中的函數(shù)表達式,第(2)小題中所證的數(shù)列型不等式不變,則有:

(1)解關(guān)于x的不等式f(x)>0;

解析：(1)易得f(x)>0的解集為(0,1).

(2)同上述測試題的證法.若將題設(shè)條件中的函數(shù)式改為關(guān)于基礎(chǔ)函數(shù)“ex”的不等式,所證的數(shù)列型不等式不變,則有:

變式2 (2022年新高考Ⅱ卷的第22題)已知函數(shù)f(x)=xeax-ex.

(1)當a=1時,討論f(x)的單調(diào)性;

(2)當x>0時,f(x)<-1,求a的取值范圍;

由此可以看出,上述測試題的第(2)小題其實就是該高考題的第(3)小題.在強調(diào)高考命題深化改革的今天,通過改編、整合等手段來給予以往高考真題新的生命,從而演變?yōu)樾碌脑囶},已成為高考命題的一種常態(tài)化趨勢.以“題”為鑒,這就啟示我們在復習備考的過程中重視對以往高考真題的深層次探究,通過探究,分析高考命題和考查的思想方法、本質(zhì)及學科核心內(nèi)容,關(guān)注命題者的意圖、解題需要的能力和科學的思維方法,使復習跳出題海,并“打磨利器,有的放矢”,利用對以往高考真題檢驗復習效果,使復習備考“擇高處立,向闊處行”.

解析：(1)f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增.

(2)a=1.

4 方法總結(jié)

對比上面三種證法,利用對數(shù)均值不等式(即證法3)證明數(shù)列型不等式,可以避開求導、應用導數(shù)研究函數(shù)單調(diào)性等復雜過程,簡捷明了、操作性強,是證明數(shù)列型不等式這一類問題的通性通法.

運用對數(shù)均值不等式證明與lnn(n∈N*)相關(guān)聯(lián)的數(shù)列型不等式的方法步驟是:分析→選取→賦值→得證,即:①分析研究所證數(shù)列不等式的結(jié)構(gòu)特點;②合理選取對數(shù)均值不等式鏈中的某個不等式;③對選取的對數(shù)均值不等式鏈中的不等式中的a,b恰當賦值,有時結(jié)合放縮技巧;④證得不等式.

對典型試題解法的探究,就是指對問題從不同視角來審視,以不同的切入點探究問題,其實質(zhì)是對試題的“二次開發(fā)”.通過對試題的剖析和思考,展開問題的來龍去脈和知識間的縱橫聯(lián)系,站在一定的高度去思考問題,突出數(shù)學本質(zhì),使知識達到融會貫通,使思維得到升華,進而優(yōu)化數(shù)學思維品質(zhì).