题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
识别信号很硬:题目不给 f(x) 的解析式,却给了 f 与 f′ 之间的不等式。这时不要试图求 f,而要造一个函数 g,使 g′ 恰好是题干那个式子的正数倍。乘积求导的形状 (uv)′ = u′v + uv′ 里,若取 u = e^{kx},则 u′ = k e^{kx},于是
g(x) = e^{kx} f(x) ⇒ g′(x) = e^{kx}[ f′(x) + k f(x) ]。
因为 e^{kx} > 0,g′ 的符号只由括号决定。于是「f′ + kf > 0」直接翻译成「g 单调递增」。最后用题给的 f(0)(或某个已知点)算出 g 在该点的值,把待解不等式也改写成 g(x) 与这个值的比较即可。
二、逐题精讲
题1
题1 f′ + f > 0 型
已知 f(x) 是定义在 R 上的可导函数,满足 f(x) + f′(x) > 0 对一切 x ∈ R 成立,且 f(0) = 1。求不等式 ex f(x) > 1 的解集。
解析
第一步 构造。题干是 f′ + f > 0,对应 k = 1,取 g(x) = ex f(x)。第二步 求导判号。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 上严格单调递增。
第三步 定临界值。g(0) = e⁰ f(0) = 1 × 1 = 1。
第四步 改写待解不等式。ex f(x) > 1 就是 g(x) > g(0)。由 g 严格递增,g(x) > g(0) ⇔ x > 0。
第五步 验端点。x = 0 时左边 = 1,不满足严格大于,故 0 不取。解集为 (0, +∞)。
答案 (0, +∞)
采分点 构造函数 g(x)=e^x f(x) 2 分;正确求导并合并成 e^x(f+f′) 2 分;由条件得 g′>0、判严格递增 2 分;算 g(0)=1 并用单调性转化 2 分;端点检验与解集 1 分。
易错点 构造 g(x) = e^{−x} f(x)(指数符号取反,g′ 变成 e^{−x}(f′−f),与条件对不上);把 g′ 写成 e^x(f−f′);忘记用 f(0) 定临界值,直接写「x 大于某个数」;把 > 写成 ≥ 把 0 纳入解集。
题2
题2 f′ − f > 0 型与一般化
(1) 若 f(x) 定义在 R 上可导,满足 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 为常数),应构造什么函数?写出 g′(x) 并说明理由。
解析
(1) 条件是 f′ − f > 0,可写成 f′ + (−1)f > 0,对应 k = −1,构造 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 上严格递增。h(0) = f(0)e⁰ = 1。待解不等式即 h(x) > h(0),故 x > 0,解集 (0, +∞)。
与题1 对照:两题答案相同但构造不同——题1 乘 ex,题2 乘 e−x。判别只看括号里 f 的系数:f′ +1·f 配 ex,f′ −1·f 配 e−x。若把题2 错造成 exf(x),则 g′ = ex(f′+f),符号无法由 f′−f>0 判定,整题就走不下去。
(2) 构造 g(x) = ekx f(x)。求导:g′(x) = k ekx f(x) + ekx f′(x) = ekx[f′(x) + k f(x)]。因为 ekx > 0 且 f′ + kf > 0,故 g′(x) > 0,g 严格递增。
推广到系数不为 1 的情形:若条件写成 f(x) + 2f′(x) > 0,先两边除以 2 化为 f′(x) + ½ f(x) > 0,即 k = ½,应构造 g(x) = ex/2 f(x),而不是 e2x f(x)。先归一化 f′ 的系数,再读 k,这是这类题最容易漏的一步。
答案 (1) (0, +∞);(2) 构造 g(x)=e^{kx}f(x),g′(x)=e^{kx}[f′(x)+kf(x)]>0,故 g 严格递增。
采分点 (1) 构造 2 分、求导 2 分、h(0)=1 与单调性转化 2 分;(2) 一般构造与求导 2 分、归一化说明 2 分。
易错点 把 f′−f>0 仍配 e^x;一般化时写成 e^{x/k};条件为 f+2f′>0 时不归一化,直接取 k=2;忽略 e^{kx}>0 这一判号前提。
三、规律小结与对照表
| 题给条件 | 构造函数 | g′(x) | 结论 |
|---|---|---|---|
| f′(x) + f(x) > 0 | g = e^x f(x) | e^x[f′+f] > 0 | g 递增 |
| f′(x) − f(x) > 0 | h = e^{−x} f(x) | e^{−x}[f′−f] > 0 | h 递增 |
| f′(x) + k f(x) > 0 | g = e^{kx} f(x) | e^{kx}[f′+kf] > 0 | g 递增 |
| f(x) + 2f′(x) > 0 | 先化 f′+½f>0,取 g = e^{x/2} f(x) | e^{x/2}[f′+½f] > 0 | g 递增 |
| f′(x) − f(x) < 0(对照) | h = e^{−x} f(x) | e^{−x}[f′−f] < 0 | h 递减 |
这一类题的「题眼」不在计算,而在把括号里的形状配出来:先把条件整理成 f′ + k f 的标准形,取 g = e^{kx} f,再用 e^{kx} > 0 把不等式整体搬成单调性。最后别忘了用已知点定临界值、验端点开闭。本题函数条件与数值均为原创自编仿真题,构造与求导已逐项回代互验。
四、自测清单
- 先把题给不等式化成 f′(x) + k f(x) 的标准形,f′ 系数先归一
- 按 k 取 g(x)=e^{kx}f(x),k 可正可负
- 求导后验证括号恰好等于题给式子,配不上就换指数符号
- 用 f(0) 或已知点算 g 的临界值,把待解式改写成 g(x) 与临界值比较
- 严格不等号验端点,写成区间并检查开闭