[“洛比达法则”在高考中的运用]洛必达法则
我们知道,lim x→0f(x)g(x)=limx→0f′(x)g′(x),在高考中孤立参变量后用它来求字母的范围,效果良好,即使仍用分类讨论来求字母范围,它也是寻求分界点的一个有力手段。现以几个高考题为例,说明它的使用方法。
例1 (2006年全国I)f(x)=(x+1)ln(x+1).若对于所有的x≥0都有f(x)≥ax成立,求a的范围。
解: 原答案是讨论a的范围来解答的。
当x=0时,f(0)=0,显然f(x)≥ax成立。
当x≠0时,依题意f(x)≥ax在(0,+
䥺SymboleB@ )上恒成立,它等价于f(x)x=(x+1)ln(x+1)x≥a在(0,+
䥺SymboleB@ )上恒成立。
令g(x)=(x+1)ln(x+1)x(x>0),则g′(x)=x-ln(x+1)x2。
再令h(x)=x-ln(x+1)(x>0)可得,h′(x)=xx+1>0。
故h(x)在(0,+
䥺SymboleB@ )上递增,所以h(x)>h(0)=0,所以g′(x)>0。
于是g(x)=(x+1)ln(x+1)x在(0,+
䥺SymboleB@ )上递增,因此g(x)>limx→0(x+1)ln(x+1)x。
而由洛比达法则知limx→0(x+1)ln(x+1)x=
limx→0[(x+1)ln(x+1)]′x′=limx→0[1+ln(x+1)]=1,∴a≤1。
例2 (2007全国I)设f(x)=ex-e-x。(1)证明:f(x)的导函数f′(x)≥2;(2)若对所有的x≥0都有f(x)≥ax,求a的取值范围。
解: (1)略;(2)当x=0时,f(0)=0≥ax明显成立;
当x≠0时,依题意f(x)x=ex-e-xx≥a在(0,+
䥺SymboleB@ )上恒成立。
令g(x)=ex-e-xx(x>0),则g′(x)=x(ex+e-x)-(ex-e-x)x2(x>0)。
令h(x)= x(ex+e-x)-(ex-e-x)(x>0),则
h′(x)=x(ex-e-x)>0。
所以h(x)在(0,+
䥺SymboleB@ )上递增,故h(x)>h(0)=0。所以g′(x)>0。
因此g(x) 在(0,+
䥺SymboleB@ )上递增。
所以g(x)>limx→0ex-e-xx=limx→0(ex-e-x)′x′=
limx→0(ex+e-x)=2。
所以a
䥺SymbolcB@ 2。
例3 (2010年全国新课标文)f(x)=(ex-1)x-ax2。(1)若a=12,求f(x)的单调区间;(2)若当x≥0时,f(x)≥0,求a的取值范围。
解: (1)略;(2)当x=0时,f(0)=0≥0恒成立。
当x≠0时,依题意ex-1x≥a在(0,+
䥺SymboleB@ )上恒成立。
令g(x)=ex-1x(x>0),则g′(x)=ex?x-ex+1x2(x>0)。
令h(x)=x?ex-ex+1(x>0),则h′(x)=x?ex>0。
所以h(x) 在(0,+
䥺SymboleB@ )上递增,所以h(x)>h(0)=0。
所以g′(x)>0,故g(x) 在(0,+
䥺SymboleB@ )上递增。
所以g(x)>limx→0g(x)=limx→0ex-1x=limx→0(ex-1)′x′=limx→0ex=1。
∴a≤1。
从以上三题可以看出,洛比达法则在求字母取值范围时,须先讨论x=0时,不等式恒成立;而当x≠0时,再把x除到左边字母上,孤立出a,重新构造函数,利用函数的单调性,来求出函数最小值的极限值,而极限值大于或等于a即可求出a的范围。它的步骤可表达为:
题目:f(x)≥ax在[0,+
䥺SymboleB@ )恒成立
解:依题意,当x=0时,显然成立;
当x≠0时,f(x)x≥a恒成立
令g(x)=f(x)x(x>0),利用导数判断g(x)递增,从而
g(x)>limx→0g(x)=limx→0f(x)x=limx→0f′(x)(x)′=limx→0f′(x),
∴a≤limx→0f′(x)。
确定作用非常大。
(作者单位:河南省正阳县第二高级中学)