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。
一、考點定位與做題順序
識別信號很硬:題目不給 f(x) 的解析式,卻給了 f 與 f′ 之間的不等式。這時不要試圖求 f,而要造一個函數 g,使 g′ 恰好是題幹那個式子的正數倍。乘積求導的形狀 (uv)′ = u′v + uv′ 裡,若取 u = e^{kx},則 u′ = k e^{kx},於是
g(x) = e^{kx} f(x) ⇒ g′(x) = e^{kx}[ f′(x) + k f(x) ]。
因為 e^{kx} > 0,g′ 的符號只由括號決定。於是「f′ + kf > 0」直接翻譯成「g 單調遞增」。最後用題給的 f(0)(或某個已知點)算出 g 在該點的值,把待解不等式也改寫成 g(x) 與這個值的比較即可。
二、逐題精講
題1
題1 f′ + f > 0 型
已知 f(x) 是定義在 R 上的可導函數,滿足 f(x) + f′(x) > 0 對一切 x ∈ R 成立,且 f(0) = 1。求不等式 ex f(x) > 1 的解集。
解析
第一步 構造。題幹是 f′ + f > 0,對應 k = 1,取 g(x) = ex f(x)。第二步 求導判號。g′(x) = ex f(x) + ex f′(x) = ex[f(x) + f′(x)]。由 ex > 0 且 f(x) + f′(x) > 0,得 g′(x) > 0,故 g 在 R 上嚴格單調遞增。
第三步 定臨界值。g(0) = e⁰ f(0) = 1 × 1 = 1。
第四步 改寫待解不等式。ex f(x) > 1 就是 g(x) > g(0)。由 g 嚴格遞增,g(x) > g(0) ⇔ x > 0。
第五步 驗端點。x = 0 時左邊 = 1,不滿足嚴格大於,故 0 不取。解集為 (0, +∞)。
答案 (0, +∞)
採分點 構造函數 g(x)=e^x f(x) 2 分;正確求導並合併成 e^x(f+f′) 2 分;由條件得 g′>0、判嚴格遞增 2 分;算 g(0)=1 並用單調性轉化 2 分;端點檢驗與解集 1 分。
易錯點 構造 g(x) = e^{−x} f(x)(指數符號取反,g′ 變成 e^{−x}(f′−f),與條件對不上);把 g′ 寫成 e^x(f−f′);忘記用 f(0) 定臨界值,直接寫「x 大於某個數」;把 > 寫成 ≥ 把 0 納入解集。
題2
題2 f′ − f > 0 型與一般化
(1) 若 f(x) 定義在 R 上可導,滿足 f′(x) − f(x) > 0,且 f(0) = 1,求不等式 f(x)e−x > 1 的解集。
(2) 一般化:若 f′(x) + k f(x) > 0(k > 0 為常數),應構造什麼函數?寫出 g′(x) 並說明理由。
解析
(1) 條件是 f′ − f > 0,可寫成 f′ + (−1)f > 0,對應 k = −1,構造 h(x) = f(x)e−x。h′(x) = f′(x)e−x − f(x)e−x = e−x[f′(x) − f(x)] > 0,故 h 在 R 上嚴格遞增。h(0) = f(0)e⁰ = 1。待解不等式即 h(x) > h(0),故 x > 0,解集 (0, +∞)。
與題1 對照:兩題答案相同但構造不同——題1 乘 ex,題2 乘 e−x。判別只看括號裡 f 的係數:f′ +1·f 配 ex,f′ −1·f 配 e−x。若把題2 錯造成 exf(x),則 g′ = ex(f′+f),符號無法由 f′−f>0 判定,整題就走不下去。
(2) 構造 g(x) = ekx f(x)。求導:g′(x) = k ekx f(x) + ekx f′(x) = ekx[f′(x) + k f(x)]。因為 ekx > 0 且 f′ + kf > 0,故 g′(x) > 0,g 嚴格遞增。
推廣到係數不為 1 的情形:若條件寫成 f(x) + 2f′(x) > 0,先兩邊除以 2 化為 f′(x) + ½ f(x) > 0,即 k = ½,應構造 g(x) = ex/2 f(x),而不是 e2x f(x)。先歸一化 f′ 的係數,再讀 k,這是這類題最容易漏的一步。
答案 (1) (0, +∞);(2) 構造 g(x)=e^{kx}f(x),g′(x)=e^{kx}[f′(x)+kf(x)]>0,故 g 嚴格遞增。
採分點 (1) 構造 2 分、求導 2 分、h(0)=1 與單調性轉化 2 分;(2) 一般構造與求導 2 分、歸一化說明 2 分。
易錯點 把 f′−f>0 仍配 e^x;一般化時寫成 e^{x/k};條件為 f+2f′>0 時不歸一化,直接取 k=2;忽略 e^{kx}>0 這一判號前提。
三、規律小結與對照表
| 題給條件 | 構造函數 | g′(x) | 結論 |
|---|---|---|---|
| f′(x) + f(x) > 0 | g = e^x f(x) | e^x[f′+f] > 0 | g 遞增 |
| f′(x) − f(x) > 0 | h = e^{−x} f(x) | e^{−x}[f′−f] > 0 | h 遞增 |
| f′(x) + k f(x) > 0 | g = e^{kx} f(x) | e^{kx}[f′+kf] > 0 | g 遞增 |
| f(x) + 2f′(x) > 0 | 先化 f′+½f>0,取 g = e^{x/2} f(x) | e^{x/2}[f′+½f] > 0 | g 遞增 |
| f′(x) − f(x) < 0(對照) | h = e^{−x} f(x) | e^{−x}[f′−f] < 0 | h 遞減 |
這一類題的「題眼」不在計算,而在把括號裡的形狀配出來:先把條件整理成 f′ + k f 的標準形,取 g = e^{kx} f,再用 e^{kx} > 0 把不等式整體搬成單調性。最後別忘了用已知點定臨界值、驗端點開閉。本題函數條件與數值均為原創自編仿真題,構造與求導已逐項回代互驗。
四、自測清單
- 先把題給不等式化成 f′(x) + k f(x) 的標準形,f′ 係數先歸一
- 按 k 取 g(x)=e^{kx}f(x),k 可正可負
- 求導後驗證括號恰好等於題給式子,配不上就換指數符號
- 用 f(0) 或已知點算 g 的臨界值,把待解式改寫成 g(x) 與臨界值比較
- 嚴格不等號驗端點,寫成區間並檢查開閉