例说数学知识积累的重要性

典型案例

【2018(cdot)太原模拟,来源于凤中2019理科资料微课时练习三的第6题】已知命题(p)(exists x_0in R)(e^{x_0}-mx_0=0),命题(q)(forall xin R)(x^2+mx+1ge 0),若(plor( eg q))为假命题,求实数(m)的取值范围。

解析:由复合命题真值表可知,(plor( eg q))为假命题,

(p)( eg q)都为假命题,即(p)(q)真。

先说命题(q)(forall xin R)(x^2+mx+1ge 0),为真命题,

则属于恒成立命题,由(Delta=m^2-4leq 0),解得(-2leq mleq 2)

(q)为真,则有(-2leq mleq 2)

以下重点研究命题(p),而由题目可知,

( eg p)(forall xin R)(e^x-mx eq 0),为真命题。

即方程(e^x-mx =0)无实根,此时准备分离参数:

思路一:方程(mx= e^x) 无实根,由不完全分离参数法,即函数(y=e^x)和函数(y=mx)的图像没有交点。如图所示,

设直线(y=mx)与曲线(y=e^x)相切于点(P(x_0,y_0))难点突破特别注意列下述方程的来源角度是:从斜率相等角度,从切点在曲线上的角度,从切点在直线上的角度

(quadleft{egin{array}{l}{m=e^{x_0}①}\{y_0=e^{x_0}②}\{y_0=mx_0③}end{array} ight.)

解得切点坐标为(P(1,e))(m=e),即二者相切时的斜率为(e)

故由图可知,两个函数图像没有交点时,(0leq m < e)

思路二:方程(m=cfrac{e^x}{x})无实根,由完全分离参数法,即函数(y=m)和函数(y=cfrac{e^x}{x})的图像没有交点。

(g(x)=cfrac{e^x}{x}),下面用导数研究其单调性,定义域为((-infty,0)cup(0,+infty))

(g'(x)=cfrac{e^xcdot x-e^xcdot 1}{x^2}=cfrac{e^x(x-1)}{x^2})

(xin (-infty,0))时,(g'(x)<0)(g(x))单调递减,(xin (0,1))时,(g'(x)<0)(g(x))单调递减,

(xin (1,+infty))时,(g'(x)>0)(g(x))单调递增,且(g(1)=cfrac{e^1}{1}=e)

在同一个坐标系中做出函数(y=m)和函数(g(x)=cfrac{e^x}{x})做函数(g(x)=cfrac{e^x}{x})的图像时,务必要注意函数值的正负,一般来说当函数中包含有(e^x)(ln x)时,做函数的图像就必须特别注意函数值的正负。的图像,

由图像可知,两个函数图像没有交点时,(0 leq m < e)

(e^x-mx eq 0)时,得到(0leq m<e),此时(p)为假,

综上,(p)为假且(q)为真时,

必有(left{egin{array}{l}{-2leq mleq 2}\{ 0leq m<e}end{array} ight.)

(0leq mleq 2),即实数(m)的取值范围为([0,2])。End.

总结提炼

由本题目的顺利求解,我们都学到了哪些数学知识:

①简单命题的真假判断;复合命题真值表;

②函数与方程的相关知识;三个高频的等价转化关系;

(f(x)-g(x)=0)的根的个数;等于函数(h(x)=f(x)-g(x))的零点个数;也等于函数(y=f(x))与函数(y=g(x))的图像的交点个数;

③导数法研究函数的单调性,做函数的简图;

④求曲线的切线;列、解相关的方程组;

由本题目的求解我们得到的数学经验有哪些,能提升哪些数学素养:

①将命题转化为恒成立和能成立命题;

②数与形的不断转化;

③分离参数的常用方法:

本题目还可以做哪些变形拓展:

  • (exists xin R),使得方程(e^x-mx=0)有解,求参数(m)的取值范围。((-infty,0)cup [e,+infty))

  • 若方程(e^x-mx=0)的解集不是空集,求参数(m)的取值范围。((-infty,0)cup [e,+infty))

  • 用导数方法多练习这些函数的图像,(y=cfrac{e^x}{x})(y=xcdot e^x)(y=cfrac{lnx}{x})(y=xcdot lnx)

  • 函数(y=e^x)和函数(y=x+1)相切于点((0,1)),你能说明吗?

  • 注意函数(y=kx+1)(y=kx^2)(y=k|x|)中的(k)的作用。

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