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例題精講 · 第 00124 題 · 自編三題·不給式子,只給條件,照樣判增減

有些導數題不給 f(x) 的解析式,只給奇偶性、f′(x) 的符號或不等式條件,要你判斷單調性、解抽象不等式。本文用三道自編題講這套「無式推理」:由奇偶性推出 f′ 的對稱性、構造 g(x)=e^{−x}f(x) 把 f′>f 轉成 g′>0、再用遞增性解 f(a)+f(b)>0 型不等式。每題給完整推導、具體函數回代互驗、採分點與易錯點。

00124題號全 1000 篇 · 第 第21輪 / 第21冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數

一、考點定位與做題順序

無解析式時,工具只有三件:①對函數方程兩邊求導(f(−x)=−f(x) 求導得 f′(−x)=f′(x),即奇函數的導數是偶函數);②構造輔助函數(見 f′−f>0 就造 g=e^{−x}f,因 g′=e^{−x}(f′−f));③把抽象不等式用奇偶性與單調性「脫殼」(f(a)+f(b)>0 → f(a)>−f(b)=f(−b) → a>−b)。

兩條紀律:推單調性必須說明在整個區間上 f′ 的符號,不能只憑 x>0 的片段外推;所有結論都要能拿一個具體函數回代驗證(本組用 f(x)=x³/8 與 f(x)=e^{2x}−e^{x} 作驗算樣例,它們滿足題設但不參與推理)。下面三題的條件與數值均為自編。

二、題目呈現

題1(解答題)

設 f(x) 在 R 上可導,f(−x)=−f(x)(奇函數),且當 x>0 時 f′(x)>0,f(2)=1。

(1) 證明 f′(−x)=f′(x),並由此說明 f 在 R 上單調遞增;

(2) 解不等式 f(x−1)+f(x−3)>0。

題2(解答題)

設 f(x) 在 [0,+∞) 上可導,f(0)=0,且對 x>0 有 f′(x)>f(x)。

(1) 令 g(x)=e^{−x}f(x),求 g′(x) 並判斷 g 在 (0,+∞) 上的單調性;

(2) 證明當 x>0 時 f(x)>0。

題3(判斷+說明)

在題1 條件下,判斷下列說法是否正確並各給一句理由:

① f(0)=0;② f(−2)=−1;③ f(x) 在 (−∞,0) 上遞減;④ 不等式 f(x−1)+f(x−3)>0 的解集是 x>2。

三、分步解析

題1 (1) 對 f(−x)=−f(x) 兩邊關於 x 求導:左邊 −f′(−x),右邊 −f′(x),故 f′(−x)=f′(x),即 f′ 為偶函數。於是當 x<0 時 −x>0,f′(x)=f′(−x)>0;x>0 時題設 f′>0;x=0 處由連續性與兩側導數非負,f 在 R 上單調遞增(嚴格性說明:若某區間上 f′≡0 會與 f(2)=1、f(0)=0 矛盾,故整體嚴格遞增)。回代樣例:f(x)=x³/8 是奇函數、f′(x)=3x²/8>0(x>0)、f(2)=1,且 f′ 為偶函數 ✓。

題1 (2) 由奇函數 f(−t)=−f(t),得 f(x−3)=−f(3−x)。原不等式化為 f(x−1)>−f(x−3)=f(3−x)。由 (1) f 嚴格遞增,故 x−1>3−x ⟹ 2x>4 ⟹ x>2。回代驗算:取 f(x)=x³/8,則 f(x−1)+f(x−3)=[(x−1)³+(x−3)³]/8;x=2 時 =(1−1)/8=0(邊界不取),x=3 時 =(8+0)/8=1>0,x=1 時 =(0−8)/8=−1<0,與 x>2 完全一致 ✓。

題2 (1) g(x)=e^{−x}f(x),g′(x)=−e^{−x}f(x)+e^{−x}f′(x)=e^{−x}[f′(x)−f(x)]。因 x>0 時 f′(x)−f(x)>0 且 e^{−x}>0,故 g′(x)>0,g 在 (0,+∞) 上單調遞增;又 g 在 [0,+∞) 連續,g(0)=e⁰·f(0)=0。

題2 (2) 由 g 遞增且 g(0)=0,得當 x>0 時 g(x)>g(0)=0,即 e^{−x}f(x)>0。因 e^{−x}>0,故 f(x)>0。回代驗算:取 f(x)=e^{2x}−e^{x},f(0)=0,f′(x)=2e^{2x}−e^{x},f′(x)−f(x)=e^{2x}>0 滿足題設;g(x)=e^{−x}(e^{2x}−e^{x})=e^{x}−1,x>0 時 >0 ✓,且 f(x)=e^{x}(e^{x}−1)>0 ✓。

題3 ① 正確:奇函數在 0 處有定義則 f(0)=−f(0) ⟹ f(0)=0。② 正確:f(−2)=−f(2)=−1。③ 錯誤:由 f′ 為偶函數,x<0 時 f′(x)=f′(−x)>0,故 f 在 (−∞,0) 上遞增而非遞減。④ 正確:即題1 (2) 的結論,解集 x>2(x=2 時兩邊相等為 0,取嚴格大於故不含端點)。一致性核對:f 在 R 上嚴格遞增且 f(0)=0、f(2)=1、f(−2)=−1,零點唯一為 x=0,四條判斷互不矛盾 ✓。

四、採分點對照

題號答案採分點構成
題1 (1)f′ 偶;f 在 R 遞增對函數方程求導 1 分;得出 f′(−x)=f′(x) 1 分;補出 x<0 段符號 1 分;整體遞增結論 1 分;具體函數回代 1 分
題1 (2)x>2用奇函數化 −f(x−3)=f(3−x) 1 分;脫去 f 得 x−1>3−x 1 分;解集與端點 1 分;x³/8 三點回代 1 分
題2 (1)g′=e^{−x}(f′−f)>0,g 遞增乘積求導 1 分;提出 e^{−x} 1 分;由條件判正 1 分;g(0)=0 1 分
題2 (2)f(x)>0由 g(x)>g(0) 1 分;e^{−x}>0 保號 1 分;e^{2x}−e^{x} 回代 1 分
題3①對 ②對 ③錯 ④對四條各 1 分;③須說明 f′ 偶導致左半遞增;④須說明端點不取

五、高頻易錯點

  • 對 f(−x)=−f(x) 求導時漏掉鏈式法則的負號,得出 f′ 為奇函數的錯誤結論。
  • 只由 x>0 的 f′>0 就宣佈全 R 遞增,不補 x<0 的推導。
  • 把 f(a)+f(b)>0 直接「約掉 f」,不用奇函數轉成 f(−b)。
  • 構造 g=e^{−x}f 後忘記 g(0)=0,或忽略 e^{−x}>0 才可保號。
  • 具體函數回代時挑了不滿足題設的函數(如 f(x)=x² 不是奇函數),驗算無效。

六、小結與自查清單

條件可用工具得到的結論驗算樣例
f 奇且可導對函數方程求導 → f′ 偶x<0 段 f′>0,全 R 遞增f(x)=x³/8
f′(x)>f(x)造 g=e^{−x}fg′>0 → f(x)>0f(x)=e^{2x}−e^{x}
f(a)+f(b)>0奇函數 + 單調性脫殼a>−bx³/8 三點代入
  • □ 見到 f(−x)=±f(x) 先求導,寫出 f′ 的奇偶性。
  • □ 見到 f′−f>0 想到 e^{−x}f,見到 f′+f>0 想到 e^{x}f。
  • □ 脫殼前先確認 f 在所需區間上嚴格單調,並說明依據。
  • □ 抽象不等式解完,代一個滿足題設的具體函數驗三點。
  • □ 端點是否取到,由「嚴格大於/大於等於」與等號成立條件定。

無解析式的題看著玄,其實全靠兩把固定的鑰匙:對函數方程求導拿對稱性,構造 e^{±x}f 把條件變成導數符號,剩下就是「遞增函數可以脫殼」。每步都拿一個滿足題設的具體函數回代,推理有沒有跳步立刻看得出來。本組條件、函數樣例與數值均為原創自編仿真內容,全部經回代互驗。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中數學選擇性必修:函數單調性、導數與函數方程相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:導數及其應用考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、條件與數值均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招數學·無解析式函數的單調性:由導函數條件反推
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