导数专题之切割线放缩.docxVIP

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导数专题之切割线放缩 切线放缩 若函数在区间上有凹凸性,可以利用切线进行放缩. (1)若函数的图象在区间下凸(),则有:; (2)若函数的图象在区间上凸(),则有:. 割线放缩 若函数在区间上有凹凸性,可以利用割线进行放缩. (1)若函数的图象在区间下凸(),则有:; (2)若函数的图象在区间上凸(),则有:. 附 函数凹凸性的定义 1、凹函数定义:设函数在区间上连续,对,若恒有,则 称的图象是上凹/下凸的,函数为上凹/下凸函数;二阶导数 2、凸函数定义:设函数在区间上连续,对,若恒有,则 称的图象是下凹/上凸的,函数为下凹/上凸函数. 二阶导数 1.已知,求证: 解:原式等价于 令,即证: 取在处的切线,有 当时,有,得证. 2.求证: 解:① 当时用切线放缩 ② 当时用割线放缩 练习:;; 3.已知且,求证: 解一:利用勾股定理刻画不等式中的几何意义. 解二:利用切线和割线构造了函数不等式: 加和即得证. 4.已知且,求证:. 法一 ? ?均值不等式 ,, 法二 ? ?切线法 如图,利用切线构造函数不等式:,当时取等. ,取等条件:. 5.已知,,已知数列满足,,且,则的最大值为______.(6030) 构造上的函数不等式:. 6.求函数的值域. 解:定义域: , 为上凸函数,于是 , 当且仅当时取等. 当且仅当,即时取等. 于是函数值域为. 7.已知且,求的最小值. 解:设函数, , 取这两个函数平行的切线,有 ,即 与联立,解得 8.已知,,则的最大值是______,最小值是_______. 法一 割线放缩处理最大值. , 等号当时取得.于是有 考虑到,于是当时右边取得最大值.因此所求的最大值为. 切线放缩处理最小值. , 等号当时取得.令 等号当时取得.因此所求的最小值为. 法二 令 9.已知满足,求的最值. 解:设函数,, 作出函数的图象,函数的图象在处的切线:,以及函数的图象过点和的割线:,如图. 于是可得: 左侧等号当或时取得;右侧等号当时取得.因此原式的最大值为,当 时取得;最小值为,当,时取得. 10.已知,,求证:. 解:设函数, 取其在和处的切线,分别为和,如图. 直线与直线,函数的图象和直线分别交于 ,则有: 注1 类似的,我们还可以用割线和来估计的下界,如图. 注2 我们也可以利用函数图象的外接曲线得到更加精确的界,例如用和,如图. 11.设为非负实数,满足,则的取值范围是______. 设函数,考虑利用切割线放缩得到辅助不等式: 当时,有: 且左边不等式等号当时取得;右边不等式等号当时取得. 左边不等式为:,右边不等式为:,容易得证. 所以 左侧等号当时可以取得;右侧等号当时可以取得.因此所求的取值范围是. 12.已知,求证:. 解:先证 于是当时,有 当时,利用在和之间的割线,有 利用在处的展开,有 于是当时,有 右侧对应的 ,得证. 13.已知,,则的最小值是_______. 根据切割线放缩,有 ,于是 进而 等号当且仅当时取得.因此所求的最小值为4. 14.已知,求的最小值. 解 切线放缩 当时取到等号,从而得到所求的最小值为2n. 注 切比雪夫不等式亦可解. 例1、,已知数列满足,且满足,则= 6030 解析:,当时,=6030 对于函数,,在处的切线方程为即, 则成立, 所以当时,有 例2、已知函数. (1)求在上的最大值; (2)若直线为曲线的切线,求实数的值; (3)当时,设,且,若不等式恒成立,求实数的最小值. 解析:(1), 令,解得(负值舍去),由,解得. (ⅰ)当时,由,得,在上的最大值为. (ⅱ)当时,由,得,在上的最大值为. (ⅲ)当时,在时,,在时,, 在上的最大值为. (2)设切点为,则 由,有,化简得, 即或, …① 由,有,…② 由①、②解得或. (3)当时,,由(2)的结论直线为曲线的切线, ,点在直线上,根据图像分析,曲线在线下方. 下面给出证明:当时,. , 当时,,即. , , . 要使不等式恒成立,必须. 又当时,满足条件, 且,因此,的最小值为. 例3、若,且,则++≤ 证明:设,则 ,, 由得,得或, 故在是上凸的,在区间,是下凸的. 由,则平衡值,由导数知识易求得在处的切线为 , 因,在是上凸的,故恒成立. 即,,,三式相加并结合即得++≤. 若将该题条件改为:若,且时,解法同理. 此时平衡值,而在处的切线为, 因,在是下凸的,故恒成立. 即,,,三式相加并结合即得++≥. 即得一个新的不等式:若,且,则++≥. 所以,在证明一类多元不等式时,我们经常用到的一个办法就是假设这些变元的和为1. 例4、若实数,证明:. 提示:不妨设,则平衡

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