对形如f(x)=plnx+mx2+nx+c(p,m,n,c∈R)一类题型的初探

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  摘 要:关于导数问题,近几年辽宁高考每年都在第21题以f(x)=plnx+mx2+nx+c(p,m,n,c∈R)的形式出现,它涉及众多数学知识,求解思路和方法也多种多样.本文从一道高考题出发,试图挖掘其在高中数学教学中的多重价值.
  关键词:高考题;证法;推论
  
  考题再现
  (2009辽宁)已知函数f(x)=x2-ax+(a-1)lnx,a>1,问题(略);
  (2010辽宁)已知函数f(x)=(a+1)lnx+ax2+1,问题(略);
  (2011辽宁) 已知函数f(x)=lnx-ax2+(2-a)x,(1)(2)略;(3)若函数y=f(x)的图象与x轴交于A,B两点,线段AB中点的横坐标为x0,证明:f′(x0)<0.
  纵观辽宁近三年高考理科数学卷最后一题,我们不难发现,它们都可以归纳为:形如f(x)=plnx+mx2+nx+c(p,m,n,c∈R)的导数题型,而对导数问题,近三年又惊人地相似,考查了两方面内容:(1)单调性的讨论;(2)通过构造函数来解决问题. 本文就2011年考题做一些总结和推广,以不变应万变,读者也可就此对辽宁2012高考做一些预测与展望.
  
  一道考题,多种证法
  ?摇分析:(1)(2)略;(3)证法一:(分析法)由(1)知,当x∈,+∞时,f′(x)<0,即证x0>. 下面给出证明过程,由(1)可得,当a≤0时,函数y=f(x)的图象与x轴至多有一个交点,故a>0,从而f(x)的最大值为f,且f>0. 不妨设A(x1,0),B(x2,0),0f(x1)=0,从而x2>-x1,于是x0=>. 由(1)知,?摇f′(x0)<0。
  点评:导数问题一般设置2~3问,前后往往是有关联的,本方法利用(2)中结论,很快找到解题的突破口.
  证法二:(构造函数法)不妨设A(x1,0),B(x2,0)且0  f′(x0)=-2ax0+2-a=-a(x1+x2)+2-a.①
  又lnx1-ax+(2-a)x=0,lnx2-ax+(2-a)x2=0,
  ②-③,得=a(x1+x2)+a-2,④
  所以f′(x0)=-,⑤
  所以(x1-x2)f′(x0)=-(lnx1-lnx2),⑥
  所以(x1-x2)f′(x0)=-ln.
  令t=∈(0,1),则(x1-x2)f′(x0)=Q(t)=-lnt,所以Q′(t)=-<0,
  所以Q(t)单调递减,所以Q′(t)>Q(1)=0. 又x1-x2<0,所以f′(x0)<0.
  点评:此法由④式代入①式避开了对a的讨论,对⑤式的处理又体现了化x1,x2为一元的消元思想,进而对Q(t)加以研究.
  证法三:(构造函数法)由法二中⑥式可设h(x)=-(lnx1-lnx)(x>x1),所以h′(x)=>0,所以h(x)单调递增. 因为x2>x1,所以h(x2)>h(x1)=0,所以(x1-x2)f′(x0)=h(x2)>0. 因为x1-x2<0,所以f′(x0)<0.
  点评:将x2换成x,也体现了消元进而构造函数的思想. 构造函数来解决函数导数问题,已成了经久不衰的话题,也是高考一道亮丽的风景线. 在高三复习中,我们应加以重视与总结.
  一道试题,多种推论
  推论1:已知函数f(x)=lnx+mx2+nx+c(m,n,c∈R),若f(x)的图象与x轴交于A,B两点,且线段AB中点的横坐标为x0,则f′(x0)<0.
  (证略:可仿证法二)
  推论2:已知函数f(x)=plnx+mx2+nx+c(p,m,n,c∈R),若f(x)的图象与x轴交于A,B两点,且线段AB中点的横坐标为x0,则:①当p=0时,f′(x0)=0;②当p>0时,f′(x0)<0;③当p<0时,f′(x0)>0.
  证明:(仿法二)仿法二中⑥式易得(x1-x2)f′(x0)=-pln.
  令t=∈(0,1),所以(x1-x2)f′(x0)=Q(t)=-plnt,
  所以Q′(t)=p•.
  若p>0,则Q′(t)<0,所以Q(t)单调递减,所以Q(t)>Q(1)=0,所以f′(x)<0,其他情况类似可证.
  点评:由推论2可知f′(x)符号只与p的符号有关,从而抓住了问题的本质,由此,可对p,m,n,c任取一值,便可得到一个问题.
  推论3:已知函数f(x)=plnx+nx+c(p≠0)(p,n,c∈R),若对于图象上任意不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),则函数图象上必存在点p(x0,y0)(x1  证明:不妨设p>0,
  易得kAB=p+n,原问题转化为
  证明+n  即证  即证<<,
  即证ln-<-1且ln-<-1.
  由此可构造函数h(x)=lnx-x,易得h(x)≤-1(当且仅当x=1时,取“=”),
  所以原命题得证.
  推论4:已知函数f(x)=plnx+mx2+nx+c(p≠0)(p,m,n,c∈R),对于图象上任意不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),函数f(x)图象上不存在点p(x0,y0)(x0=),使得f′(x0)=kAB.
  证明:(仿法二)若f′(x0)=kAB,易得kAB=+m(x1+x2)+n=f′(x0)=+m(x1+x2)+n,
  所以-=0,
  所以ln-=0.
  令t=>1,则可转化为Q(t)=lnt+-2=0有解.
  因为Q′(t)=>0,所以Q(t)>Q(1)=0,所以不存在.
  点评:推论1、2、3都可看做是推论4的特殊情况,如推论2,则是推论4中当A,B为f(x)与x轴两交点时的情况,由推论2,易得f′(x0)≠0=kAB.
  由此可见,一方面作为高考压轴题,所涉及的知识面甚广,体现了对学生综合能力的考查,起着拉开生与生之间差距的关键作用;另一方面也对我们教者提出了更高的要求,尤其是在高三复习中,我们要善于串联、归纳和提炼,让学生看穿问题的本质,从而达到融会贯通,以一题而通百题的良好效果.
  
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