(二)極值點偏移與Hermite–Hadamard不等式

極值點偏移這件事在高考數學中有著重要地位,有許多的數學高考壓軸題都是以極值點偏移作為背景出題的,例如:

  • 2016年數學全國卷I理21題
  • 2010年數學天津卷理21題
  • 2011年數學遼寧卷理21題
  • 2013年數學湖南卷文21題

當考生看見這些問題時,往往都有一種雲里霧裡的感覺,感覺無從下手;又或是下手了,由於思路錯誤導致出現思維陷入僵局的局面。所以,如果能掌握處理極值點偏移的一般解題套路,便可直搗黃龍(????ω????),當然對於有一類相對而言比較特殊的極值點偏移問題(例如16年全國卷I理21題)的解決辦法可以從Hermite–Hadamard不等式中找到更為簡潔的證明方案。下面我以16年全國卷I理21題為例子介紹一下這兩種方法:

2016年數學全國卷I理21題:

已知函數f(x)=(x-2)e^{x} +a(x-1)^{2} 有兩個零點.

  1. an的取值範圍;
  2. x_{1},x_{2}  f(x)n的兩個零點,證明:x_{1}+x_{2}<2.

分析與解:

  1. 分離參數後,數形結合便可求得ain (0,+infty );

  2. 一、套路法:構造下圖所示的對稱函數(????ω????)然後把原不等式轉化為一個證明一個恆成立問題即可。

    後面證明這個恆成立問題就留給讀者自己證明了。PS:可以用我在上一篇文章
    知乎專欄中的重要不等式放縮即可證明。

那為什麼這個會叫做極值點偏移呢?顯然,由圖像可知,若極值點在兩根中間:frac{x_{1}+x_{2}}{2} =1,我們稱之為極值點居中,也就是不偏移。但是通過證明過程可以發現,frac{x_{1}+x_{2}}{2} ne 1而是frac{x_{1}+x_{2}}{2} <1,也就是說極值點向右偏移了。

極值點偏移的一般套路便是上圖所述過程(我不太會歸納步驟,所以請讀者自己體會一下過程,以後我還會補充幾道例題,以便大家再體會,如果有不明白的地方,在評論區或私信我都可以問我(????ω????)

二、Hermite–Hadamard不等式法:

下面我先簡單介紹一下Hermite–Hadamard不等式,這個不等式其實就是在Jensen不等式中間插了一個中間項而已。

如果一個函數f(x)是凸函數(即:f(x)>0),那麼在(a,b)上,不等式f(frac{a+b}{2})leq frac{1}{b-a} int_{a}^{b} f(x)dxleq frac{f(a)+f(b)}{2} 恆成立。

所以應用Hermite–Hadamard不等式的功效可見一斑,當然,這個不等式之前我就說過只是適用於一類相對特殊的極值點偏移問題,即證明的為和的形式的,若是要證明大於,則論證函數為凹函數便可,Hermite–Hadamard不等式的不等號再反向即可。

之後我還會更新幾道例題以便讀者體會(持續更新(????ω????)

更改提示:2017.01.30 16:09 補充16年全國I理21題第一問解答過程,分離參數+LHospital法則,已補充。

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