1、微课三微课三含有含有 ex与与 ln x 的组合函数或不等式问题的组合函数或不等式问题 题型一分离 ex和 ln x 【例 1】已知函数 f(x)ex2xln x.证明:当 x0 时,f(x)xex1 e. 证明要证 f(x)xex1 e, 只需证 exln xex 1 ex,即 exe x0),则 h(x) ex1 ex2 , 易知 h(x)在 0,1 e 上单调递减,在 1 e,上单调递增,则 h(x)minh 1 e 0, 所以 ln x 1 ex0. 再令(x)exex,则(x)eex, 易知(x)在(0,1)上单调递增,在(1,)上单调递减, 则(x)max(1)0,所以 exex0
2、. 因为 h(x)与(x)不同时为 0, 所以 exexexe x(x0)(分离 ln x 与 ex),便于探求构造的函数 h(x)ln x 1 ex和(x)exe x的单调性,分别求出 h(x)的最小值与(x)的最大值,借助“中间媒介”证明不等式. 【 训 练 1 】 已 知 函 数 f(x) 1ln x x , 证 明 : 当 x1 时 , 不 等 式 f(x) e1 2ex 1 (x1) (xex1)成立. 证明将不等式 f(x) e1 2ex 1 (x1) (xex1) 变形为 1 e1 (x1) (ln x1) x 2ex 1 xex1, 分别构建函数 g(x)(x1) (ln x1
3、) x 和函数 h(x) 2ex 1 xex1. 则 g(x)xln x x2 ,令(x)xln x, 则(x)11 x x1 x . 因为 x1,所以(x)0,所以(x)在(1,)上是增函数,所以(x)(1)10, 所以 g(x)0,所以 g(x)在(1,)上是增函数,所以 x1 时,g(x)g(1)2,故 g(x) e1 2 e1. h(x)2e x1(1ex) (xex1)2 ,因为 x1,所以 1ex0,所以 h(x)1 时,h(x)h(x), 即f(x) e1 2ex 1 (x1) (xex1). 题型二借助 exx1 和 ln xx1(x0)进行放缩 【例 2】已知函数 f(x)x
4、1aln x. (1)若 f(x)0,求 a 的值; (2)设 m 为整数,且对于任意正整数 n, 11 2 1 1 22 1 1 2nm,求 m 的最 小值. 解(1)f(x)的定义域为(0,), 若 a0,因为 f 1 2 1 2aln 20,由 f(x)1a x xa x 知, 当 x(0,a)时,f(x)0; 所以 f(x)在(0,a)单调递减,在(a,)单调递增, 故 xa 是 f(x)在(0,)的唯一最小值点. 因为 f(1)0,所以当且仅当 a1 时,f(x)0,故 a1. (2)由(1)知当 x(1,)时,x1ln x0, 即 ln xx1. 令 x1 1 2n,得 ln 1
5、1 2n 1 2n. 从而 ln 11 2 ln 1 1 22ln 1 1 2n1 2 1 22 1 2n1 1 2n1. 故 11 2 1 1 22 1 1 2n2, 从而 m 的最小正整数是 m3. 感悟升华1.第(1)问可借助 yx1 与 yaln x 图像的位置关系,利用导数的几 何意义求解,请读者完成. 2.第(2)问利用教材习题结论 x1ln x(x0,且 x1)进行放缩,优化了解题过程. 若利用 ex替换 x,可进一步得到不等式 exx1(当 x0 时取等号). 【训练 2】已知函数 f(x)exa. (1)若函数 f(x)的图像与直线 l:yx1 相切,求 a 的值; (2)若
6、 f(x)ln x0 恒成立,求整数 a 的最大值. 解(1)f(x)ex,因为函数 f(x)的图像与直线 yx1 相切,所以令 f(x)1,即 ex1,得 x0, 切点坐标为(0,1),则 f(0)1a1,a2. (2)先证明 exx1,设 F(x)exx1, 则 F(x)ex1,令 F(x)0,则 x0, 当 x(0,)时,F(x)0;当 x(,0)时,F(x)ln x. 当 a2 时,ln x0 恒成立. 当 a3 时,存在 x,使 exaln x 不恒成立. 综上,整数 a 的最大值为 2. 1.(2021重庆调研)函数 f(x)ex 11 2ax 2(a1)xa2在(, )上单调递增
7、, 则实数 a 的取值范围是() A.1B.1,1 C.0,1D.1,0 答案A 解析f(x)ex 1ax(a1)0 恒成立, 即 ex 1ax(a1)恒成立, 由于:exx1,即 ex 1x, 只需要 xax(a1),即(a1)(x1)0 恒成立, 所以 a1. 2.已知函数 f(x)axln x1,对任意的 x0,f(x)xe2x恒成立,求实数 a 的取值 范围. 解由 f(x)axln x1,所以对任意的 x0,f(x)xe2x恒成立,等价于 ae2x ln x1 x 在(0,)上恒成立, 先证明 exx1,当且仅当 x0 时取等号(证明略). 所以当 x0 时,有 xe2xeln xe
8、2xeln x 2xln x2x1, 所以 e2xln x x 21 x,即 e 2xln x1 x 2,当且仅当 ln x2x0 时取等号, 所以实数 a 的取值范围为(,2. 3.已知 f(x)ex,g(x)x1(e 为自然对数的底数). (1)求证:f(x)g(x)恒成立; (2)设 m 是正整数,对任意正整数 n, 11 3 1 1 32 1 1 3nm,求 m 的最小 值. (1)证明令 h(x)f(x)g(x)exx1,则 h(x)ex1, 当 x(,0)时,h(x)0,当 x(0,)时,h(x)0, 故 h(x)在(,0)上单调递减,在(0,)上单调递增, 所以 h(x)minh
9、(0)0,即 h(x)0 恒成立, 所以 f(x)g(x)恒成立. (2)解由(1)可知 01 1 3ne 1 3n,由不等式的性质得 11 3 1 1 32 1 1 33 1 1 3ne 1 3e 1 32e 1 33e 1 3n e 1 3 1 32 1 33 1 3n e 1 3 1 1 3 n 11 3 e 1 2 1 1 3 n e 1 2 e2. 所以 m 的最小值为 2(mN*). 4.已知函数 f(x)ln xa x,证明:当 a 2 e时,f(x)e x0. 证明要证当 a2 e时,ln x a xe x0, 即证 ln xa xe x, x0,即证 xln xaxe x,
10、即证(xln xa)min(xe x)max. 令 h(x)xln xa,则 h(x)ln x1. 当 0 x1 e时,f(x) 1 e时,f(x)0. 函数 h(x)在 0,1 e 上单调递减,在 1 e,上单调递增, h(x)minh 1 e 1 ea, 故当 a2 e时,h(x) 1 ea 1 e. 令(x)xe x,则(x)exxexex(1x). 当 0 x0;当 x1 时,(x)0 时,(x)1 e. 显然,不等式中的等号不能同时成立, 故当 a2 e时,ln x a xe x0. 5.(2021武汉质检)已知函数 f(x)aln(x1) 2 x1,其中 a 为正实数. (1)求
11、f(x)的单调区间; (2)证明:当 x2 时,f(x)0, 得 x1, 所以 f(x)的定义域为(1, ), f(x) a x1 2 (x1)2 a(x1)2 (x1)2 ax(a2) (x1)2 . 由 f(x)0,得 xa2 a ,所以当 1x12 a时,f(x)1 2 a时,f(x)0,所 以 f(x)的单调递减区间为 1,12 a ,单调递增区间为 12 a,. (2)证明令 g(x)ln xx1,则 g(x)1 x1. 所以当 0 x0; 当 x1 时,g(x)2 时,有 ln(x1)0, 所以要证 f(x)ex(a1)x2a, 只需证 a(x2) 2 x10 对任意 x2 恒成立
12、. 令 h(x)exx 2 x1,x2, 则 h(x)ex1 2 (x1)2, 因为 x2,所以 h(x)0 恒成立, 所以 h(x)在(2,)上单调递增, 所以 h(x)h(2)e240, 所以当 x2 时,f(x)ln(n1)都成立. (1)解因为 f(x) 1 xa2x1, 又因为 x0 为 f(x)的极值点. 所以 f(0)1 a10,所以 a1. (2)证明由(1)知 f(x)ln(x1)x2x. 因为 f(x) 1 x12x1 x(2x3) x1 (x1). 令 f(x)0 得1x0. 当 x 变化时,f(x),f(x)的变化情况如下表. x(1,0)0(0,) f(x)0 f(x)极大值 所以 f(x)f(0)0,即 ln(x1)x2x(当且仅当 x0 时取等号). 令 x1 n,则 ln 1 n1 1 n 2 1 n, 即 lnn1 n n1 n2 ,所以 ln 2 1ln 3 2ln n1 n ln(n1).