构造函数习题1

例01【构造函数】【构造函数解不等式】

(f(x))(g(x))分别是定义在(R)上的奇函数和偶函数,且(g(x)≠0),当(x<0)(f′(x)g(x)>f(x)g′(x)),且(f(-3)=0),则不等式(f(x)g(x)<0)的解集是______.

分析:令(h(x)=cfrac{f(x)}{g(x)}),则可知(h(x))为奇函数,

(h'(x)=cfrac{f'(x)g(x)-f(x)g'(x)}{g^2(x)})

(x<0)(f′(x)g(x)>f(x)g′(x))

可得(xin(0,+infty))时,(h'(x)>0),即(h(x))单调递增,

由奇函数可知,(xin (-infty,0))时,(h(x))单调递增,

(h(0)=0),由(f(-3)=0)还可得到(h(-3)=h(3)=0)

做出示意图,由图可知,

故由(h(x)=cfrac{f(x)}{g(x)}<0),可得(xin(-infty,-3)cup(0,3))

(cfrac{f(x)}{g(x)}<0)等价于(f(x)g(x)<0)

故不等式(f(x)g(x)<0)的解集是(xin(-infty,-3)cup(0,3))

例02已知(x_1>x_2>0),证明(ln(cfrac{x_1}{x_2})>2cfrac{x_1-x_2}{x_1+x_2}).

分析:令(cfrac{x_1}{x_2}=t),则(t>1)

(ln(cfrac{x_1}{x_2})>2cfrac{x_1-x_2}{x_1+x_2})等价于(lnt>2cfrac{t-1}{t+1})

然后作差构造函数(g(t)=lnt-2cfrac{t-1}{t+1}),想办法证明(g(t)>0)恒成立即可。

解析:(g'(t)=cfrac{1}{t}-2cfrac{1cdot(t+1)-(t-1)cdot 1}{(t+1)^2}=cfrac{1}{t}-cfrac{4}{(t+1)^2}=cfrac{(t-1)^2}{t(t+1)^2}ge 0)

故函数(g(x))在区间((1,+infty))上单调递增,

(g(x)_{min} ightarrow g(1)=0)

(g(x)>0)在区间((1,+infty))上恒成立,故原命题得证。

例03已知曲线(f(x)=lnx+2)与直线(l)交于(A(x_1,y_1)、B(x_2,y_2))两点,其中(x_1<x_2),若直线(l)的斜率为(k)

求证:(x_1<cfrac{1}{k}<x_2)

分析:(k=cfrac{g(x_2)-g(x_1)}{x_2-x_1}=cfrac{lnx_2-lnx_1}{x_2-x_1})

要证明(x_1<cfrac{1}{k}<x_2),只需证明(x_1<cfrac{x_2-x_1}{lnx_2-lnx_1}<x_2)

(题注:两边同除以(x_1),以便于将两个变量转化为一个(cfrac{x_2}{x_1}))

等价于(1<cfrac{frac{x_2}{x_1}-1}{lnfrac{x_2}{x_1}}<cfrac{x_2}{x_1})

(cfrac{x_2}{x_1}=t),则(t>1),只需证明(1<cfrac{t-1}{lnt}<t)

(t>1)可知,(lnt>0),故等价于(lnt<t-1<tcdot lnt)

接下来分别证明(lnt<t-1)(t-x<tcdot lnt);做差构造函数,

(phi(t)=t-1-lnt),则(phi'(t)=1-cfrac{1}{t}>0)

所以(phi(t))((1,+infty))上单调递增,则(phi(t)>phi(1)=0),即(t-1>lnt)

又设(h(t)=tcdot lnt-(t-1)),则(h'(t)=lnt>0)

所以(h(t))((1,+infty))上单调递增,则(h(t)>h(1)=0),即(tcdot lnt>t-1)

(x_1<cfrac{1}{k}<x_2)相关图像

例04已知函数(f(x))为定义在((-infty,+infty))上的可导函数,且(f(x)<f'(x))(f(x)>0)对于(xin R)恒成立,则有

$A.f(2) < e^2f(0),f(2017) > e^{2017}cdot f(0)$
$B.f(2) > e^2f(0),f(2017) > e^{2017}cdot f(0)$
$C.f(2) > e^2f(0),f(2017) < e^{2017}cdot f(0)$
$D.f(2) < e^2f(0),f(2017) < e^{2017}cdot f(0)$

分析:结合上述的构造函数的总结和感悟,我们可以看出来构造思路。

(g(x)=cfrac{f(x)}{e^x}),则(g'(x)=cfrac{f'(x)e^x-f(x)e^x}{e^{2x}}=cfrac{f'(x)-f(x)}{e^x})

由题目条件(f(x)-f'(x)<0)可知,(g'(x)=cfrac{f'(x)-f(x)}{e^x}>0)

(g(x))((-infty,+infty))上单调递增,

故有(g(2)>g(0)),即(cfrac{f(2)}{e^2}>cfrac{f(0)}{e^0}),即(f(2)>e^2f(0))

同理有(g(2017)>g(0)),即(cfrac{f(2017)}{e^{2017}}>cfrac{f(0)}{e^0}),即(f(2017)>e^{2017}f(0));故选(B).

反思:本题目中的条件(f(x)>0)似乎多余。

例05定义在(R)上的函数(f(x))满足:(f(x)+f'(x)>1)(f(0)=4),则不等式(e^xf(x)>e^x+3)的解集是什么?

分析:构造函数(g(x)=e^xcdot f(x)-e^x-3)

(g'(x)=e^xcdot f(x)+e^xcdot f'(x)-e^x=e^x[f(x)+f'(x)-1]>0)

(g(x))(R)上单调递增,且(g(0)=e^0f(0)-e^0-3=0)

不等式(e^xf(x)>e^x+3)即就是(g(x)>0),借助草图,可知解集是((0,+infty))

例06已知(e)是自然对数的底数,函数(f(x))的定义域是(R)(f(x)+f'(x)-1>0),,(f(0)=8),则不等式(e^xcdot f(x)-e^x-7>0)的解集是()

$A.(-infty,0)$ $B.(0,+infty)$ $C.(1,+infty)$ $D.(-infty,1)$

分析:构造函数,令(g(x)=e^xcdot f(x)-e^x-7)

(g'(x)=e^xcdot f(x)+e^xcdot f'(x)-e^x=e^x(f(x)+f'(x)-1)>0)

(g(x))在R上单调递增;又(g(0)=e^0cdot f(0)-e^0-7=0)

(g(x)>0)的解集为((0,+infty)) ,即不等式(cfrac{f(x)-1}{e^{ln7-x}}>1)的解集为((0,+infty)) ,选(B).

例07【宝鸡中学第一次月考第15题】

已知函数(f(x)=cfrac{x^2}{1+x^2}),则(2f(2)+2f(3)+cdots+2f(2017)+f(cfrac{1}{2})) (+f(cfrac{1}{3})+cdots) (+f(cfrac{1}{2017})+) (cfrac{1}{2^2}f(2)+) (cfrac{1}{3^2}f(3)) (+cdots+cfrac{1}{2017^2}f(2017))的值为多少?

分析:这类题目往往从研究函数的特殊性质入手,当然研究的切入点就是给定式子的结构,

注意到自变量有(2)(cfrac{1}{2}),所以先探究(f(x)+f(cfrac{1}{x}))

看看它的结果,由(f(x)+f(cfrac{1}{x})=1),可以将所求得式子一部分求值,

其他部分变形为(f(2)+cfrac{1}{2^2}f(2)),故接下来探究(f(x)+cfrac{1}{x^2}f(x)=1),故整个题目可解了。

解:由(f(x)+f(cfrac{1}{x})=1)(f(x)+cfrac{1}{x^2}f(x)=1),可将所求式子变形得到:

(2f(2)+2f(3)+cdots+2f(2017)+f(cfrac{1}{2})+f(cfrac{1}{3})+cdots+f(cfrac{1}{2017})+cfrac{1}{2^2}f(2)+cfrac{1}{3^2}f(3)+cdots+cfrac{1}{2017^2}f(2017))

(={[f(2)+f(cfrac{1}{2})]+[f(3)+f(cfrac{1}{3})]+cdots+[f(2017)+f(cfrac{1}{2017})]}\+{[f(2)+cfrac{1}{2^2}f(2)]+[f(3)+cfrac{1}{3^2}f(3)]+cdots++[f(2017)+cfrac{1}{2017^2}f(2017)]})

(=2016+2016=4032).

例08设函数(f(x))是定义在((0,+infty))上的可导函数,导函数是(f'(x)),且有(f(x)<-xf'(x)),则不等式(f(x+1)>(x-1)f(x^2-1))的解集为【】

$A.(0,1)$ $B.(1,+infty)$ $C.(1,2)$ $D.(2,+infty)$

分析:由(f(x)<-xf'(x)),得到(f(x)+xf'(x)<0),故令(g(x)=xcdot f(x))
(g'(x)=f(x)+xf'(x)<0),即函数(g(x))((0,+infty))上单调递减,

又不等式(f(x+1)>(x-1)f(x^2-1))等价于((x+1)f(x+1)>(x^2-1)f(x^2-1))

(g(x+1)>g(x^2-1)),由定义域和单调性可知(0<x+1<x^2-1)

解得(x>2),故选(D).

例09(2017•渭南模拟)
已知定义域为R的奇函数(y=f(x))的导函数为(y=f'(x)),当(x> 0)时,(f'(x)+cfrac{f(x)}{x}>0),若(a=cfrac{1}{3}f(cfrac{1}{3}),b=-3f(-3),c=(lncfrac{1}{3})f(lncfrac{1}{3})),则(a,b,c)的大小关系正确的是  【 】

$A.a < b < c$ $B.a < c < b$ $C.b < c < a$ $D.c < a < b$

分析:当(x> 0)时,(f'(x)+cfrac{f(x)}{x}>0),即(xf'(x)+f(x)>0)

故构造函数(g(x)=xcdot f(x)),由于(y=f(x))(y=x)都是奇函数,则函数(g(x))为偶函数,

(x>0)时,(g'(x)=f(x)+xf'(x)>0),即函数(g(x))([0,+infty))上单调递增,

由偶函数可知,函数(g(x))((-infty,0])上单调递减。

(a=cfrac{1}{3}f(cfrac{1}{3})=g(cfrac{1}{3}))

(b=-3f(-3)=g(-3)=g(3))

(c=(lncfrac{1}{3})f(lncfrac{1}{3})=g(lncfrac{1}{3})=g(-ln3)=g(ln3))

(cfrac{1}{3}<ln3<3),故(g(cfrac{1}{3})<g(ln3)<g(3)),即(a<c<b),故选B.

例10【2017•泉州模拟】函数(f(x))的导函数(f'(x))满足(xf'(x)+2f(x)>0),则以下选项正确的是【 】

$A.4f(-2) < f(-1)$ $B.4f(4) < f(2)$ $C.4f(2) > -f(-1)$ $D.3f(sqrt{3}) > 4f(2)$

分析:构造函数(h(x)=x^2cdot f(x))

(h'(x)=2xf(x)+x^2f'(x)=x[2f(x)+xf'(x)])

(x>0)时,(h'(x)>0),当(x<0)时,(h'(x)<0)

即函数(h(x))在区间((-infty,0))单调递减,在区间((0,+infty))上单调递增;

对选项(A)(h(-2)=(-2)^2f(-2)=4f(-2))(h(-1)=(-1)^2f(-1)=f(-1))

(h(x))在区间((-infty,0))单调递减,(h(-2)>h(-1)),即(4f(-2)>f(-1)),故选项(A)错;

对选项(B)(h(4)=(4)^2f(4)=16f(4))(h(2)=(2)^2f(2)=4f(2))

又在区间((0,+infty))上单调递增,(h(4)>h(2)),即(4f(4)>f(2)),故选项(B)错;

对选项(D)(h(sqrt{3})=3f(sqrt{3}))(h(2)=4f(2))

又在区间((0,+infty))上单调递增,(h(sqrt{3})>h(2)),即(3f(sqrt{3})<4f(2)),故选项(D)错;

对于选项(C),我们还需要进一步分析,挖掘条件。

由上可知,即函数(h(x)=x^2cdot f(x))(h(x))在区间((-infty,0))单调递减,在区间((0,+infty))上单调递增;

(x=0)时,函数(h(x))有极小值,也就是最小值(h(0)=0),则(h(x))恒大于等于(0)

(x eq 0)时,由(h(x)=x^2f(x)>0)恒成立,可得(f(x)>0)恒成立,

对可导函数(f(x))而言,由(xf'(x)+2f(x)>0)得到,当(x=0)时,(0f'(x)+2f(0)>0)可得(f(0)>0)

综上(xin R)时,(f(x)>0)恒成立。故(4f(2)>0)(-f(-1)<0),故有(4f(2)>-f(-1)),即选项(C)正确。

例11定义在((0,+infty))上的函数(f(x))的导函数(f'(x))满足(sqrt{x}cdot f(x)<cfrac{1}{2}),则一定成立的是 【 】

$A.f(9)-1 < f(4) < f(1)+1$
$B.f(1)+1< f(4) < f(9)-1$
$C.f(5)+2 < f(4) < f(1)-1$
$D.f(1)-1< f(4) < f(5)+2$

分析:由(sqrt{x}cdot f(x)<cfrac{1}{2}),变形得到(2sqrt{x}f'(x)-1<0)

(cfrac{2sqrt{x}f'(x)-1}{2sqrt{x}}<0),故想到构造函数(g(x)=f(x)-sqrt{x})

(g'(x)=cfrac{2sqrt{x}f'(x)-1}{2sqrt{x}}<0)

故函数(g(x))在定义域((0,infty))上单调递减,

(g(1)>g(4)>g(9)),即(f(1)-sqrt{1}>f(4)-sqrt{4}>f(9)-sqrt{9})

(f(1)-1>f(4)-2>f(9)-3),整理得到(f(1)+1>f(4)>f(9)-1),故选(A).

例12已知函数(f(x)=alnx+(x+1)^2),若图像上存在两个不同的点(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2)(x_1>x_2)),使得(f(x_1)-f(x_2)leq 4(x_1-x_2))成立,则实数(a)的取值范围是多少?

法1:[构造函数法]将(f(x_1)-f(x_2)leq 4(x_1-x_2))转化为(f(x_1)-4x_1leq f(x_2)-4x_2)

(g(x)=f(x)-4x=alnx+(x-1)^2),则原题转化为存在(x_1>x_2,g(x_1)leq g(x_2))成立,

即就是(x>0)时,(g(x))有单调递减区间或(g(x))为常函数;即就是(x>0)时,(g'(x)leq 0)有解,

(g'(x)=cfrac{a}{x}+2x-2leq 0)有解,

分离参数即得(aleq -2x^2+2x)对于(x>0)能成立,

即求解(-2x^2+2x=g(x))(x>0)上的最大值。

(g(x)=-2x^2+2x=-2(x-cfrac{1}{2})^2+cfrac{1}{2}leq cfrac{1}{2})

(g(x)_{max}=cfrac{1}{2})

(a leq cfrac{1}{2}),也即(ain(-infty,cfrac{1}{2}]).

例13已知函数(f(x)=alnx+x^2(ain R)),若(a>0),且对(forall x_1,x_2 in [1,e]),都有(|f(x_1)-f(x_2)|leq |cfrac{1}{x_1}-cfrac{1}{x_2}|),求实数(a)的取值范围。

解析:(a>0)时,(f'(x)=cfrac{a}{x}+2x>0)

即函数(f(x))(xin [1,e])上单增,又函数(y=cfrac{1}{x})(xin [1,e])上单减,

不妨设(1leq x_1<x_2leq e)

(|f(x_1)-f(x_2)|leq |cfrac{1}{x_1}-cfrac{1}{x_2}|)等价于(f(x_2)-f(x_1)leq cfrac{1}{x_1}-cfrac{1}{x_2})

(f(x_1)+cfrac{1}{x_1}ge f(x_2)+cfrac{1}{x_2})(xin [1,e])上恒成立,

(g(x)=f(x)+cfrac{1}{x}=alnx+x^2+cfrac{1}{x})

则原命题等价于函数(g(x))在区间(xin [1,e])上单调递减,

所以(g'(x)=cfrac{a}{x}+2x-cfrac{1}{x^2}leq 0)(xin [1,e])上恒成立;

分离参数得到(aleq cfrac{1}{x}-2x^2)(xin [1,e])上恒成立;

(h(x)=cfrac{1}{x}-2x^2)(xin [1,e])上单调递减,

(h(x)_{min}=h(e)=cfrac{1}{e}-2e^2);所以(aleq cfrac{1}{e}-2e^2)

又由题目可知(a>0),故(ain varnothing)。即满足条件的实数(a)不存在。

例14已知函数(f(x))的定义域为(R),且(f'(x)+f(x)=2xe^{-x}),若(f(0)=1),则函数(cfrac{f'(x)}{f(x)})的取值范围是多少?

分析:本题目的难点在于要注意到((e^x)'=e^x)以及构造函数,

解析:由题目(f'(x)+f(x)=2xe^{-x})可知,(e^xf'(x)+e^xf(x)=2x)

(g(x)=e^xf(x)),则(g'(x)=e^xf'(x)+e^xf(x)=2x)

(g(x)=e^xf(x)=int 2x;;dx=x^2+C),由(f(0)=1),得到(g(0)=1=0^2+C),故(C=1)

所以(e^xf(x)=x^2+1),则(f(x)=cfrac{x^2+1}{e^x})

(f'(x)=cfrac{2xe^x-(x^2+1)e^x}{(e^x)^2}=cfrac{2x-x^2-1}{e^x})

(cfrac{f'(x)}{f(x)}=cfrac{2x-x^2-1}{x^2+1}=cfrac{2x}{x^2+1}-1)

由于接下来需要变量集中到分母,故针对(x)分类讨论如下:

(x=0)时,直接代入上式得到(cfrac{f'(x)}{f(x)}=-1)

(x eq 0)时,(cfrac{f'(x)}{f(x)}=cfrac{2}{x+cfrac{1}{x}}-1)

由于(|x+cfrac{1}{x}|ge 2),则(0<cfrac{1}{left|x+cfrac{1}{x} ight|}leq cfrac{1}{2})

(0<left|cfrac{2}{x+frac{1}{x}} ight|leq 1)

所以(-1leq cfrac{2}{x+cfrac{1}{x}}<0或0< cfrac{2}{x+cfrac{1}{x}}leq 1)

(-1-1leq cfrac{2}{x+cfrac{1}{x}}-1<0-1或0-1< cfrac{2}{x+cfrac{1}{x}}-1leq 1-1)

(-2leq cfrac{f'(x)}{f(x)}<-1或-1< cfrac{f'(x)}{f(x)}leq 0)

综上得到(cfrac{f'(x)}{f(x)}in [-2,0])

例15设函数(f(x))(R)上存在导数(f'(x))(forall xin R),都有(f(-x)+f(x)=x^2),在((0,+infty))(f'(x)<x),若(f(4-m)-f(m)ge 8-4m),则实数(m)的取值范围是多少?

分析:本题中的题眼是在((0,+infty))(f'(x)<x),这句话是构造函数的关键所在。

解析:由题目“在((0,+infty))(f'(x)<x)”,构造函数(g(x)=f(x)-cfrac{1}{2}x^2)

从简原则,我们不需要构造(cfrac{1}{2}x^2+C)

则在((0,+infty))(g'(x)=f'(x)-x<0)(g(x))单调递减,

又由于(f(-x)+f(x)=x^2),改写为(f(-x)-cfrac{1}{2}(-x)^2+f(x)-cfrac{1}{2}(x)^2=0)

即就是(g(-x)+g(x)=0)

即函数(g(x))为定义在(R)上的奇函数,则((-infty,0))上单调递减,

所以函数(g(x))((-infty,+infty))上单调递减。

又由于(f(4-m)-f(m)ge 8-4m)

等价于(f(4-m)-cfrac{1}{2}(4-m)^2 ge f(m)-cfrac{1}{2}m^2)

也等价于(g(4-m)ge g(m))

所以(4-mleq m),解得(m ge 2),即(min [2,infty)).

例16【2017凤翔中学高三文科数学第二次月考第21题改编】已知函数(h(x)=cfrac{1}{2}x^2+alnx),若对任意两个不等的正数(x_1,x_2),都有(cfrac{h(x_1)-h(x_2)}{x_1-x_2}>2)恒成立,求实数(a)的取值范围。

分析:先求定义域((0,+infty))由题意可知,对任意两个不等的正数(x_1,x_2)

都有(cfrac{h(x_1)-h(x_2)}{x_1-x_2}>2)恒成立,即为(h(x_1)-2x_1>h(x_2)-2x_2)

故构造函数令(g(x)=h(x)-2x),可得(g(x))((0,+infty))上单调递增。

(g'(x)=h'(x)-2=x+cfrac{a}{x}-2ge 0)((0,+infty))上恒成立。

可得(age x(2-x)),由([x(2-x)]_{max}=1),故(age 1),故实数(a)的取值范围为([1,+infty))

例17已知(f(x))是定义在((0,+infty))上的非负可导函数,且满足(xf′(x)+f(x)≤0),对任意正数(a,b),若(a<b),则必有【 】

$A.af(b)leqslant bf(a)$ $B.bf(a)leqslant af(b)$ $C.af(a)leqslant f(b)$ $D.bf(b)leqslant f(a)$

解析:因为(xf′(x)≤-f(x))(f(x)≥0)

所以([cfrac{f(x)}{x}]′=cfrac{xf′(x)-f(x)}{x^2}≤cfrac{-2f(x)}{x^2}≤0)

则函数(cfrac{f(x)}{x})((0,+infty))上是单调递减的,

由于(0<a<b),则(cfrac{f(a)}{a}ge cfrac{f(b)}{b}),即(af(b)≤bf(a)),故选(A)

反思总结:当函数为常函数(f(x)=0)时,能取到等号。

例18【2017•大连模拟】已知函数(f(x)=alnx-(x-1)^2)在区间((0,1))内任取两个实数(p,q),且(p eq q),不等式(cfrac{f(p)-f(q)}{p-q}<1)恒成立,则实数(a)的取值范围为________.

解析:不妨设(p>q),则(p-q>0),则(cfrac{f(p)-f(q)}{p-q}<1)等价于(f(p)-p<f(q)-q)

(g(x)=f(x)-x),则由题意可知函数(g(x))((0,1))内单调递减,

(g(x)=alnx-x^2+x-1),知(g'(x)=cfrac{a}{x}-2x+1≤0)((0,1))内恒成立,

(aleq x(2x-1),xin (0,1))恒成立,

结合二次函数的性质,可得([x(2x-1)]_{min}=-cfrac{1}{8}),故(aleq -cfrac{1}{8})

例19设函数(f(x))是定义在((-infty,0))上的可导函数,其导函数为(f′(x)),且有(2f(x)+xf′(x)>x^2)

则不等式((x+2016)^2f(x+2016)-4f(-2)>0)的解集为 【 】

$A.(-infty,-2014)$ $B.(-2014,0)$ $C.(-infty,-2018)$ $D.(-2018,0)$

分析:由(2f(x)+xf′(x)>x^2(x<0)),得(2xf(x)+x^2f′(x)<x^3)

([x^2cdot f(x)]′<x^3<0),故令(F(x)=x^2cdot f(x))

则当(x<0)时,得(F′(x)<0),即(F(x))((-infty,0))上是单调递减的,

(F(x+2016)=(x+2016)^2f(x+2016))(F(-2)=4f(-2)),即不等式等价为(F(x+2016)-F(-2)>0)

因为(F(x))((-infty,0))上是单调递减的,所以由(F(x+2016)>F(-2))得,(x+2016<-2)

(x<-2018),故选C。

例20【2017•大连模拟】已知函数(f(x)=aln(x+1)-x^2),在区间((1,2))内任取两个实数(p,q),且(p eq q),不等式 (cfrac{f(p+1)-f(q+1)}{p-q}<1)恒成立,则实数(a)的取值范围为________. 

分析:不妨设(p>q),则(p-q>0)

则不等式(cfrac{f(p+1)-f(q+1)}{p-q}<1)等价于(f(p+1)-f(q+1)<p-q)

即$ [f(p+1)-(p+1)]-[f(q+1)-(q+1)]<0$恒成立;

(g(x)=f(x)-x)

则由题意可知函数(g(x))((2,3))内单调递减,

(g(x)=aln(x+1)-x^2-x)

(g′(x)=cfrac{a}{x+1}-2x-1leq 0)((2,3))内恒成立

(cfrac{a}{x+1}leq 2x+1)

也即(aleq (x+1)(2x+1))((2,3))内恒成立,

结合二次函数的性质,(xin (2,3))时,((x+1)(2x+1)_{min})的极限为15,

故可知(aleq 15)

反思总结:

1、构造函数的技巧;

2、定义域的变化,由于题中(p,qin (1,2)),故(p+1,q+1in (2,3))

例21【2017•张家界模拟】已知函数(f(x)(xin R))满足(f(1)=1),且(f(x))的导数(f′(x)<cfrac{1}{2}),则不等式(f(x^2)<cfrac{x^2}{2}+cfrac{1}{2})的解集为________. 

分析:作差构造函数,设(F(x)=f(x)-cfrac{1}{2}x-cfrac{1}{2})

(F′(x)=f′(x)-cfrac{1}{2})

因为(f′(x)<cfrac{1}{2}),所以(F′(x)=f′(x)-cfrac{1}{2}<0)

即函数(F(x))(R)上为减函数,

因为(f(x^2)<cfrac{x^2}{2}+cfrac{1}{2}),等价于(F(x)<0=F(1)=f(1)-cfrac{1}{2}-cfrac{1}{2})

所以(f(x^2)-cfrac{x^2}{2}<f(1)-cfrac{1}{2})

(F(x^2)<F(1)) ,而函数(F(x))(R)上为减函数,

所以(x^2>1),即(xin(-infty,-1)cup(1,+infty))

例22(alpha,etain [-cfrac{pi}{2},cfrac{pi}{2}]),且(alphacdot sinalpha-etacdot sineta>0),则下列结论正确的是【】

$A.alpha > eta$ $B.alpha+eta > 0$ $C.alpha < eta$ $D.alpha^2 > eta^2$

分析:由(alphacdot sinalpha-etacdot sineta>0),得到(alphacdot sinalpha>etacdot sineta),左右两边的结构一模一样,故联想到构造函数

(g(x)=xcdot sinx),则上述条件可表述为(g(alpha)>g(eta)),要去掉符号(g),我们就得研究函数的性质,尤其是奇偶性和单调性。

由于函数(g(-x)=(-x)cdot sin(-x)=xcdot sinx=g(x)),故函数(g(x))为偶函数;

(xin[0,cfrac{pi}{2}])(g(x)=xcdot sinx)单调递增,

原因一:(xin[0,cfrac{pi}{2}])时,(y=x>0)且单调递增,(y=sinx>0)且单调递增,故(g(x))(xin[0,cfrac{pi}{2}])上单调递增;

原因二:导数法,(g'(x)=sinx+xcdot cosx),当(xin[0,cfrac{pi}{2}])时,(g'(x)>0),故(g(x))(xin[0,cfrac{pi}{2}])上单调递增;

综上,函数(g(x))([-cfrac{pi}{2},0])上单调递减,在(xin[0,cfrac{pi}{2}])上单调递增。

(g(alpha)>g(eta))需要等价转化为(g(|alpha|)>g(|eta|))

(|alpha|>|eta|),则有(alpha^2>eta^2),选D。

例23【构造函数+大小比较】(2017(cdot)河南平顶山一模)已知(f(x))是定义在((0,+infty))上的函数,对任意两个不相等的正数(x_1,x_2),都有(cfrac{x_2f(x_1)-x_1f(x_2)}{x_1-x_2}>0),记(a=cfrac{f(3^{0.2})}{3^{0.2}})(b=cfrac{f(0.3^2)}{0.3^2})(c=cfrac{f(log_25)}{log_25}),则【】

$A.a < b < c$ $B.b < a < c$ $C.c < a < b$ $D.c < b < a$

分析:由题目猜想:要构造的函数是(g(x)=cfrac{f(x)}{x}),以下做以验证,

(0<x_1<x_2),则由单调性定义的等价形式可得,(cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}=cfrac{cfrac{f(x_1)}{x_1}-cfrac{f(x_2)}{x_2}}{x_1-x_2}=cfrac{x_2f(x_1)-x_1f(x_2)}{x_1x_2(x_1-x_2)})

由题目,对任意两个不相等的正数(x_1,x_2),都有(cfrac{x_2f(x_1)-x_1f(x_2)}{x_1-x_2}>0)

则可知(cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}>0),即函数(g(x)=cfrac{f(x)}{x})是单调递增的,

故题目需要我们比较(g(3^{0.2}))(g(0.3^2))(g(log_25))这三个的大小关系,只需要比较自变量的大小就可以了;

由于(1=3^0<3^{0.2}<3^{0.5}=sqrt{3}<2)(0<0.3^2=0.09<1)(log_25>log_24=2)

(g(0.3^2)<g(3^{0.2})<g(log_25)),即(b<a<c),故选(B).

例23-2【2020陕西省高三文数质检二第9题】已知函数(f(x))是定义在(R)上的偶函数,且对(forall x_1,x_2in (0,+infty)(x_1 eq x_2))都有([x_2^2f(x_1)-x_1^2f(x_2)](x_1-x_2)<0),记(a=f(1))(b=cfrac{f(2)}{4})(c=cfrac{f(-3)}{9}),则有【】

$A.a < c < b$ $B.a < b < c$ $C.b < c < a$ $D.c < b < a$

提示:构造(g(x)=cfrac{f(x)}{x^2})(forall x_1,x_2in (0,+infty)(x_1 eq x_2))

(cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}=cfrac{frac{f(x_1)}{x_1^2}-frac{f(x_2)}{x_2^2}}{x_1-x_2}=cfrac{x_2^2f(x_1)-x_1^2f(x_2)}{x_1^2x_2^2(x_1-x_2)})

(g(x)<0),故(g(x))((0,+infty))上单调递减,在((-infty,0))上单调递增,

又由于(a=g(1))(b=g(2))(c=g(-3)=g(3)),故选(D).

例24【2018凤翔中学冲刺模拟2第12题】【构造函数+解抽象不等式】 函数(f(x))的导函数为(f'(x)),若(forall xin R) 恒有(f'(x)<f(x))成立,且(f(2)=1),则不等式(f(x)>e^{x-2})的解集为【】

$A.(-infty,1)$ $B.(1,+infty)$ $C.(2,+infty)$ $D.(-infty,2)$

分析:涉及构造函数,难点题目,构造函数(g(x)=cfrac{f(x)}{e^x}),则(g'(x)=cfrac{f'(x)e^x-f(x)e^x}{(e^x)^2}=cfrac{f'(x)-f(x)}{e^x}<0),能得到(g(x))的单调性为单调递减,

且知道(g(2)=cfrac{1}{e^2}),这时候需要将所求解的不等式(f(x)>e^{x-2})做适当转化,向(g(x))靠拢。

(f(x)>cfrac{e^x}{e^2}),同乘(cfrac{1}{e^x}),得到(cfrac{f(x)}{e^x}>cfrac{1}{e^2}),即(g(x)>g(2)),由单调递减得到(x<2)。故选D.

例25【姊妹题】【构造函数+解抽象不等式】已知(f(x))是定义在(R)上的偶函数,其导函数为(f'(x)),若(f'(x)<f(x)),且(f(x+1)=f(3-x))(f(2015)=2),则不等式(f(x)<2e^{x-1})的解集为【】

$A.(-infty,cfrac{1}{e})$ $B.(e,+infty)$ $C.(-infty,0)$ $D.(1,+infty)$

分析:构造函数(g(x)=cfrac{f(x)}{e^x}),则(g'(x)=cfrac{f'(x)e^x-f(x)e^x}{(e^x)^2}=cfrac{f'(x)-f(x)}{e^x}<0),能得到(g(x))的单调性为单调递减,
(f(x+1)=f(3-x)),即(f(x)=f(4-x)),又(f(x)=f(-x)),则有(f(-x)=f(4-x)),故周期(t=4)

这样(f(2015)=f(-1)=f(1)=2),又(g(1)=cfrac{f(1)}{e}=cfrac{2}{e})

(f(x)<2e^{x-1})可以等价转化为(cfrac{f(x)}{e^x}<cfrac{2}{e}),即(g(x)<g(1))

(g(x))单调递减,可知(x>1),故选D。

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