对于证明与函数有关的不等式,或已知不等式在某个范围内恒成立求参数取值范围、讨论一些方程解的个数等类型问题时,常常需要构造辅助函数,并求导研究其单调性或寻求其几何意义来解决;题目本身特点不同,所构造的函数可有多种形式,解题的繁简程度也因此而不同,这里给出几种常用的构造技巧.
"比较法"构造函数 (2018·广州模拟)已知函数f(x)=ex-ax(e为自然对数的底数,a为常数)的图象在点(0,1)处的切线斜率为-1.
(1)求a的值及函数f(x)的极值;
(2)证明:当x>0时,x2<ex.
(1)由f(x)=ex-ax,得f′(x)=ex-a.
因为f′(0)=1-a=-1,所以a=2,
所以f(x)=ex-2x,f′(x)=ex-2,
令f′(x)=0,得x=ln 2,
当x<ln 2时,f′(x)<0,f(x)单调递减;
当x>ln 2时,f′(x)>0,f(x)单调递增.
所以当x=ln 2时,f(x)取得极小值,且极小值为f(ln 2)=eln 2-2ln 2=2-ln 4,f(x)无极大值.
(2)证明:令g(x)=ex-x2,则g′(x)=ex-2x.
由(1)得g′(x)=f(x)≥f(ln 2)>0,
故g(x)在R上单调递增.
所以当x>0时,g(x)>g(0)=1>0,即x2<ex.
在本例第(2)问中,发现"x2,ex"具有基本初等函数的基因,故可选择对要证明的"x2<ex"构造函数,得到"g(x)=ex-x2",并利用(1)的结论求解.
已知函数f(x)=,直线y=g(x)为函数f(x)的图象在x=x0(x0<1)处的切线,求证:f(x)≤g(x).
证明:函数f(x)的图象在x=x0处的切线方程为y=g(x)=f′(x0)(x-x0)+f(x0).
令h(x)=f(x)-g(x)=f(x)-f′(x0)(x-x0)-f(x0),
则h′(x)=f′(x)-f′(x0)=-=.