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5.2 割线放缩

导数在函数零点与不等式中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用函数图象上两点连线(割线)的斜率或位置关系,对函数值进行放缩,从而证明不等式的方法。

从哪来 建立在 4.2 导数与单调性 和 4.1 切线问题 之上。通过导数判断单调性确定割线斜率范围,或利用切线作为割线的极限情形来辅助放缩。

为什么 函数图象是连续曲线,两点间的割线是直线。根据凸凹性(二阶导数符号)或单调性,曲线必然位于割线的某一侧(上方或下方)。这种几何位置关系转化为代数不等式,即 $f(x)$ 与割线方程 $L(x)$ 的大小关系,从而将复杂的函数值比较转化为简单的线性函数比较。

几何直观法
画出函数图象,标出两点 $A, B$,连接 $AB$ 形成割线。观察曲线是在割线上方还是下方。 *适合学生*:形象思维强、对代数推导畏难、需要建立几何直觉的学生。
构造函数法
设割线方程为 $g(x)$,构造辅助函数 $h(x) = f(x) - g(x)$。求导 $h'(x)$,利用 4.2 导数与单调性 判断 $h(x)$ 的正负,从而确定 $f(x)$ 与 $g(x)$ 的大小。 *适合学生*:逻辑严密、擅长代数运算、喜欢标准解题流程的学生。
切线逼近法
当割线的一个点趋向于另一点时,割线变为切线。先利用 4.1 切线问题 求出切线方程,再结合 5.1 二阶导数 判断凸凹性,说明切线是割线放缩的特例或边界。 *适合学生*:基础扎实、想深入理解放缩本质、准备应对高难度综合题的学生。
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练一道
基础题
已知 $f(x) = \ln x$,证明当 $x > 1$ 时,$\ln x < x - 1$。
变式
已知 $f(x) = e^x$,证明当 $x > 0$ 时,$e^x > 1 + x + \frac{x^2}{2}$。
试试手自己判
检测题
已知 $f(x) = \sin x$,证明当 $x \in (0, \frac{\pi}{2})$ 时,$\sin x < x$。
看答案和判分标准
答案:构造 $h(x) = x - \sin x$。 $h'(x) = 1 - \cos x$。 因为 $x \in (0, \frac{\pi}{2})$,$\cos x < 1$,所以 $h'(x) > 0$。 $h(x)$ 在 $(0, \frac{\pi}{2})$ 单调递增。 $h(0) = 0$,所以 $h(x) > 0$,即 $x > \sin x$。 (注:此题也可视为过原点 $(0,0)$ 和 $(\frac{\pi}{2}, 1)$ 的割线,但直接用切线 $y=x$ 在 $x=0$ 处更简单,本质是利用 $f(0)=0, f'(0)=1$ 的切线放缩,属于割线放缩的极限情形。)
判对标准:
1. 正确构造辅助函数或引用切线/割线性质。
2. 正确求导并判断单调性。
3. 结合端点值 $x=0$ 得出正确结论。
4. 逻辑链条完整,无跳步。
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