比较函数式的大小问题经常出现在各类试题中.此类问题一般较为简单,常以选择题、填空题的形式出现.比较函数式的大小问题主要考查幂函数、指数函数和对数函数的运算法则、图象、性质.接下来,通过几个例题介绍一下如何通过构造函数来比较函数式的大小.
一、根据同构式构造函数
有时观察所要比较的各个函数式的结构特征,可以找出它们的相同点和不同点,将结构特征不同的函数式进行适当的变形,即可将所要比较的式子转化为结构相同、形式相似的式子,即同构式,便可根据同构式的结构特征构造出与之相应的函数模型.然后判断出函数的单调性,将所要比较的函数式看作新函数在取不同自变量时的函数值,利用函数的单调性进行比较.
则当[0<x<e]时, [fx>0];当[x>e]时, [fx<0].
所以[f(x)]在[(0, e)]上单调递增,在[e,+∞]上单调递减,
由于[e<3<5],所以[fe> f(3)>f(5)],即[b>a>c].
例2.已知[9m=10,a=10m-11, b=8m-9],则( ).
A.[ a>0>b B. a>b>0 C. b>a>0 D. b>0>a]
解:因为[9m=10],所以[m>1],
已知[a=10m-10+1, b=8m-(8+1)],
构造函数[fx=xm-x+1, x>1],
则[a=f10],[b=f(8)],且[fx=mxm-1-1],
所以当[x>1]时, [fx>0],
则[f(x)]在[(1,+∞)]上单调递增,
又[f9=0],则[f10>f9>f(8)],
即[a>0>b],故选A项.
将a、b两式变形,构造出同构式,并构造出函数[fx=xm-x+1],就将问题转化为比较[f10、f(8)]的大小.根据导函数与函数单调性之间的关系判断出函数在[(1,+∞)]上的单调性,即可根据函数的单调性比较出[f10、f(8)]的大小.
二、通过作差(作商)构造函数
有些要比较的函数式为幂、积、商的形式,此时可将所要比较的式子作商;有些要比较的函数式为多项式,此时可将要比较的式子作差,再构造函数,利用函数的单调性来比较它们的大小.
构造函数[f(x)=(1-x)ex],[x>0],求导得[f(x)=-xex],故[f(x)<0]在(0+∞)上恒成立,
即[f(x)]在(0+∞)上单调递减,所以[f(0.1)<f(0)=1,]
所以[hx>0],即[h(x)]在[[0,0.1]]上单调递增,
又[h0=0],所以[h(x)]在[[0,0.1]]上单调递增,
可知[h0.1>h0=0],
即[0.1e0.1>-ln1-0.1=-ln0.9],
故[a>c].综上可知,[b>a>c],故选C项.
观察题目中的三个式子,发现其形式各异,于是先将b与c,a与c作差,并构造函数;然后利用导数知识讨论函数的单调性,根据函数单调性求得最值,使得在[(0,+∞)]上[fx≤0],在[[0,0.1]]上[hx=xex+ln1-x]单调递增,即可比较出三个式子的大小关系.
要比较两个较为复杂的函数式的大小,往往要仔细研究要比较式子的形式、结构,对其进行适当的变形、配凑,以得到同构式,或将其作差、作商,再构造出合适的函数模型,即可利用函数的单调性获得问题的答案.