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题目里说的构造“八种方法”,不是函数官方考纲规定的八种,是解题我自己带竞赛班时总结的八条路。学生遇到构造函数题,构造脑子里得先有张地图,函数不然就是解题瞎试。下面按使用频率从高到低排,构造每条都配一个能直接上手的函数例子。
第一,解题移项作差。构造最朴素也最管用。函数要证 f(x) > g(x),解题直接令 F(x) = f(x) - g(x),构造求导看单调性。函数比如证 ex > x + 1,解题令 F(x) = ex - x - 1,F'(x) = ex - 1,x > 0 时递增,x < 0 时递减,最小值在 x = 0 处取到,F(0) = 0,所以 F(x) ≥ 0。学生总想找花哨技巧,但这招覆盖了高考导数大题里六成以上的构造需求。
第二,分离参数。含参不等式里,把参数扔到一边,另一边设成新函数。a ≥ x - ln x 恒成立,那就令 h(x) = x - ln x,求 h(x) 的最小值。h'(x) = 1 - 1/x,在 x = 1 处取极小值也是最小值 h(1) = 1,所以 a ≥ 1。干净利落。关键是分离时注意x的正负,除负数要变号,这个坑我见过太多人踩。
第三,同构变形。这招近五年火起来的。看到 a·ea 和 b·ln b 同时出现,别急着求导,先把两边凑成同一个函数的形式。比如 a·ea > ln b,可以改写成 ea·ln(ea) 和 b·ln b 比较,令 f(x) = x·ln x,利用单调性直接得 ea > b。同构的识别靠眼力,练多了会有条件反射。
第四,换元构造。式子长得丑,先换掉。t = x + 1/x 这种经典换元不用多说,还有 t = ln x 把指数对数搅在一起的式子拉回多项式世界。去年有个学生问我 xx = 2 怎么解,我让他令 t = x·ln x,方程变成 et = 2,t = ln 2,再解 x·ln x = ln 2。两步就出来了。
第五,取对数构造。遇到指数塔或者连乘比较,取ln是本能反应。比较 2100 和 10050,两边取ln,100·ln 2 和 50·ln 100 = 100·ln 10,变成比 ln 2 和 ln 10,显然 2100 小。取对数把乘法降级成加法,把幂降级成乘法,这是信息压缩。
第六,切线放缩构造。核心就两条:ex ≥ x + 1 和 ln x ≤ x - 1。所有切线放缩都是这两条的变体。证 ex > x2 在 x > 0 时成立,直接放缩不够,因为 x + 1 > x2 只在 0 < x < (1+√5)/2 成立。这时候要分段,或者用更强一点的放缩 ex ≥ e2/4 · x2(在 x = 2 处取等)。放缩的度要拿捏,放太松证不出来,放太紧不如直接求导。
第七,积分构造。题目给 f'(x) + f(x) > 0 这种条件,乘 ex 就变成 (exf(x))' > 0。反过来,给 f'(x) - f(x) > 0,乘 e-x。这个技巧的本质是找积分因子,和微分方程里那个 e∫P(x)dx 是一回事。学生如果学过一点微分方程,这部分会通透很多。
第八,双变量构造。两个变量 x1、x2,要么固定一个当常数,要么比值换元 t = x1/x2。极值点偏移问题基本都走这条路。比如 x1 + x2 > 2 这种,令 t = x1/x2 > 1,把双变量不等式转成关于 t 的单变量函数,再求导。计算量大,但方向明确。
这八条不是孤立的。一道题可能先用同构识别结构,再移项作差,最后切线放缩收尾。我带的学生里,能把这八种方法在脑子里自由组合的,导数大题基本稳在满分。方法本身不值钱,值钱的是看到题目那一瞬间,知道该抽哪张牌。
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