如果連續(xù)函數f(x)的圖象不關于直線x=x0對稱,且x0是f(x)的極值點,那么對于f(x)=t的兩個零點x1、x2,顯然有≠x0,即x1、x2的中點與極值點不重合,則稱極值點偏移.若gt;x0,則稱f(x)在x=x0處的極值偏左;若lt;x0,則稱f(x)在x=x0處的極值偏右.我們常把“x1+x2≥(≤)2x0”型不等式問題稱為極值點偏移問題.此類問題涉及了函數的兩個零點x1、x2,所以極值點偏移問題實質上是雙變量不等式問題,解題的關鍵是把雙變量不等式問題轉化為單變量問題來求解.下面結合一道題,談一談求解極值點偏移問題的途徑.
例題:
已知函數f(x)=-2 ln x有兩個零點x1,x2.
(1)求f(x)的單調區(qū)間;
(2)證明:x1+x2gt;2e.
對于第一個問題,我們可以直接對函數進行求導,根據導函數與函數單調性之間的關系來判斷出函數的單調性,進而求出f(x)的單調遞增區(qū)間為(e,+∞)、單調遞減區(qū)間為(0,e).下面主要討論求解第二個問題的途徑.
一、構造對稱函數
運用構造對稱函數法求解極值點偏移問題的步驟為:第一步,對函數進行求導,并求出函數f(x)的極值點x0;第二步,構造一元函數F(x)=f(x)-f(2x0-x),并判斷出函數F(x)的單調性;第三步,結合F(0)=0判斷出F(x)的符號,從而確定f(x)、f(2x0-x)的大小關系.
證明:
運用構造對稱函數法求解極值點偏移問題,關鍵 在于構造出對稱函數.通常需根據兩個零點 x1 、x2 之 間的不等關系,如 x1 + x2 ≥ (≤)2x0 ,構造對稱函數 F(x) = f (x) - f (2x0 - x) ,再根據導函數與函數的單調性之間 的關系進行證明.
二、比值換元
對于涉及雙變量的問題,我們通常采用比值換元法求解.運用比值換元法求解極值點偏移問題的步驟為:第一步,根據f(x1)=f(x2)建立等量關系式;第二步,設t=x1(x2),通過代換消去x1、x2,將問題轉化為關于單變量t的函數不等式問題;第三步,構造函數g(t),討論導函數與函數單調性之間的關系,運用導數法求得最值,進而證明結論.
證明:
運用比值換元法求解極值點偏移問題,通常要設 t = x2 x1 ,這樣就能通過比值換元來減少變量的個數,將 多變量問題轉化為單變量問題,從而化繁為簡.
三、運用對數平均不等式
有些極值點偏移問題會涉及指數式、對數式,此 時我們可以對函數式取對數,并將其進行變形,得到 兩個對數式的差,如 ln a - ln b ,就可以利用對數平均 不等式 ab ≤ a - b ln a - ln b ≤ a + b 2 ,其中 a、b 為正數,來 將對數式放縮為兩式的和、積,從而順利證明不等式.
證明
將 f (x1)與f (x2)作差、變形,即可構造出 x1 - x2 ln x1 - ln x2 , 這樣就可以利用對數平均不等式將該式放縮,從而把 問題轉化為證明 ln t lt; 2(t - 1) t + 1 .再構造出函數 h(t) = ln t - 2(t - 1) t + 1 ,t ∈ (0,1) ,通過研究函數的單調性來證明結 論.
極值點偏移問題的難度較大,常以壓軸題的形式 出現(xiàn).但是我們只要掌握一些常用的方法、技巧,靈活 運用數形結合思想、轉化與化歸思想等,就能順利破 解難題.
(作者單位:西華師范大學數學與信息學院)